Mezihvězdné cestování je nemožné. Je možné létat k jiným hvězdám? A ještě rychleji

Sluneční soustava dlouho nezajímala spisovatele sci-fi. Ale překvapivě pro některé vědce naše „nativní“ planety příliš inspirace nezpůsobují, ačkoli dosud nebyly prakticky prozkoumány.

Sotva otevřelo okno do vesmíru, řítí se lidstvo do neznámých dálek, a to nejen ve snech, jako dříve.
Sergej Korolev také slíbil, že brzy poletí do vesmíru „na odborářský lístek“, ale tato fráze je již půl století stará a vesmírná odysea je stále údělem elity - příliš drahé potěšení. Před dvěma lety však HACA spustila grandiózní projekt 100letá hvězdná loď, což obnáší postupné a mnohaleté vytváření vědeckotechnického základu pro lety do vesmíru.

Jaké problémy je tedy potřeba vyřešit, aby se let hvězd stal realitou?

ČAS A RYCHLOST JSOU RELATIVNÍ

Astronomie pomocí automatických kosmických lodí se některým vědcům jeví jako téměř vyřešený problém, kupodivu. A to přesto, že nemá smysl vypouštět ke hvězdám automaty se současnou šnečí rychlostí (asi 17 km/s) a další primitivní (pro tak neznámé cesty) zařízení.

Nyní americké kosmické lodě Pioneer 10 a Voyager 1 opustily sluneční soustavu a již s nimi není žádné spojení. Pioneer 10 se pohybuje směrem k hvězdě Aldebaran. Pokud se jí nic nestane, dostane se do blízkosti této hvězdy... za 2 miliony let. Stejným způsobem se další zařízení plazí přes rozlohy Vesmíru.

Takže bez ohledu na to, zda je loď obydlená nebo ne, k letu ke hvězdám potřebuje vysokou rychlost, blízkou rychlosti světla. To však pomůže vyřešit problém létání pouze k nejbližším hvězdám.

„I kdyby se nám podařilo postavit hvězdnou loď, která by mohla letět rychlostí blízkou rychlosti světla,“ napsal K. Feoktistov, „doba cesty pouze v naší Galaxii by se počítala na tisíciletí a desítky tisíciletí, protože její průměr je asi 100 000 světelných let. Ale na Zemi se během této doby stane mnohem víc.“

Podle teorie relativity je běh času ve dvou vzájemně se pohybujících systémech rozdílný. Protože na velké vzdálenosti bude mít loď čas dosáhnout rychlosti velmi blízké rychlosti světla, časový rozdíl na Zemi a na lodi bude obzvláště velký.

Předpokládá se, že prvním cílem mezihvězdných letů bude Alpha Centauri (systém tří hvězd) – nám nejblíže. Rychlostí světla se tam dostanete za 4,5 roku, na Zemi za tuto dobu uplyne deset let. Ale čím větší vzdálenost, tím větší časový rozdíl.

Pamatujete na slavnou „mlhovinu Andromeda“ od Ivana Efremova? Tam se let měří v letech a v pozemských letech. Krásná pohádka, není co vytknout. Tato kýžená mlhovina (přesněji galaxie v Andromedě) se však nachází ve vzdálenosti 2,5 milionu světelných let od nás.

To znamená, že i lety rychlostí světla jsou oprávněné pouze k relativně blízkým hvězdám. Zařízení létající rychlostí světla však stále žijí pouze v teorii, která připomíná sci-fi, byť vědeckou.

LOĎ O VELIKOSTI PLANETY

Přirozeně nejprve vědci přišli s nápadem využít nejúčinnější termonukleární reakci v lodním motoru - jak již byla částečně zvládnuta (pro vojenské účely). Nicméně pro zpáteční cestu rychlostí blízkou rychlosti světla je i při ideální konstrukci systému vyžadován poměr počáteční a konečné hmotnosti alespoň 10 ku třicáté mocnině. To znamená, že vesmírná loď bude vypadat jako obrovský vlak s palivem o velikosti malé planety. Vypustit takový kolos do vesmíru ze Země je nemožné. A je také možné jej sestavit na oběžné dráze; ne nadarmo vědci o této možnosti nediskutují.

Myšlenka fotonového motoru využívajícího princip anihilace hmoty je velmi populární.

Anihilace je přeměna částice a antičástice při jejich srážce na jiné částice odlišné od původních. Nejstudovanější je anihilace elektronu a pozitronu, která generuje fotony, jejichž energie bude pohybovat hvězdnou lodí. Výpočty amerických fyziků Ronana Keenea a Wei-ming Zhanga ukazují, že na základě moderních technologií je možné vytvořit anihilační motor schopný urychlit kosmickou loď na 70 % rychlosti světla.

Začínají však další problémy. Bohužel použití antihmoty jako raketového paliva je velmi obtížné. Během anihilace dochází k výbuchům silného gama záření, škodlivému pro astronauty. Navíc kontakt pozitronového paliva s lodí je plný smrtelné exploze. Konečně ještě neexistují technologie pro získání dostatečného množství antihmoty a její dlouhodobé uložení: například atom antivodíku „žije“ nyní necelých 20 minut a výroba miligramu pozitronů stojí 25 milionů dolarů.

Předpokládejme ale, že časem lze tyto problémy vyřešit. Stále však budete potřebovat hodně paliva a startovací hmotnost fotonové hvězdné lodi bude srovnatelná s hmotností Měsíce (podle Konstantina Feoktistova).

PLACHTA JE ROZTRŽENÁ!

Nejpopulárnější a nejrealističtější hvězdná loď je dnes považována za solární plachetnici, jejíž myšlenka patří sovětskému vědci Friedrichu Zanderovi.

Sluneční (světelná, fotonová) plachta je zařízení, které využívá tlak slunečního světla nebo laseru na zrcadlový povrch k pohonu kosmické lodi.
V roce 1985 navrhl americký fyzik Robert Forward konstrukci mezihvězdné sondy urychlované mikrovlnnou energií. Projekt počítal s tím, že k nejbližším hvězdám se sonda dostane za 21 let.

Na mezinárodním astronomickém kongresu XXXVI byl navržen projekt laserové hvězdné lodi, jejíž pohyb zajišťuje energie optických laserů umístěných na oběžné dráze kolem Merkuru. Podle výpočtů by cesta hvězdné lodi této konstrukce ke hvězdě Epsilon Eridani (10,8 světelných let) a zpět trvala 51 let.

"Je nepravděpodobné, že data získaná z cestování naší sluneční soustavou udělají významný pokrok v pochopení světa, ve kterém žijeme." Myšlenka se přirozeně obrací ke hvězdám. Koneckonců, dříve se chápalo, že lety v blízkosti Země, lety na jiné planety naší sluneční soustavy nebyly konečným cílem. Vydláždit cestu ke hvězdám se zdálo být hlavním úkolem.“

Tato slova nepatří spisovateli sci-fi, ale konstruktérovi vesmírných lodí a kosmonautovi Konstantinu Feoktistovovi. Podle vědce nebude ve sluneční soustavě objeveno nic zvlášť nového. A to přesto, že se člověk zatím dostal jen na Měsíc...

To vše je zatím teorie, ale již se podnikají první kroky.

V roce 1993 byla poprvé nasazena 20 metrů široká sluneční plachta na ruské lodi Progress M-15 v rámci projektu Znamya-2. Při připojování Progressu ke stanici Mir nainstalovala jeho posádka na palubu Progressu jednotku pro rozmístění reflektorů. Reflektor díky tomu vytvořil světlou skvrnu o šířce 5 km, která procházela Evropou do Ruska rychlostí 8 km/s. Světelná skvrna měla svítivost zhruba ekvivalentní úplňku.

Plachtová verze může být vhodná pro vypouštění automatických sond, stanic a nákladních lodí, ale není vhodná pro zpáteční lety s posádkou. Existují další projekty hvězdných lodí, ale tak či onak připomínají výše uvedené (se stejnými rozsáhlými problémy).

PŘEKVAPENÍ V MEZIHVĚZDNÉM PROSTORU

Zdá se, že na cestovatele ve vesmíru čeká mnoho překvapení. Například americký přístroj Pioneer 10, který se sotva dostal za sluneční soustavu, začal pociťovat sílu neznámého původu způsobující slabé brzdění. Bylo učiněno mnoho předpokladů, včetně dosud neznámých účinků setrvačnosti nebo dokonce času. Pro tento jev stále neexistuje jasné vysvětlení, uvažuje se o různých hypotézách: od jednoduchých technických (například reaktivní síla z úniku plynu v aparatuře) až po zavedení nových fyzikálních zákonů.

Další zařízení, Voyadger 1, detekovalo oblast se silným magnetickým polem na hranici Sluneční soustavy. V něm tlak nabitých částic z mezihvězdného prostoru způsobí, že pole vytvořené Sluncem zhoustne. Zařízení také registrovalo:

• zvýšení počtu vysokoenergetických elektronů (asi 100krát), které pronikají do Sluneční soustavy z mezihvězdného prostoru;
• prudký nárůst hladiny galaktického kosmického záření - vysokoenergetických nabitých částic mezihvězdného původu.

Prostor mezi hvězdami není prázdný. Všude jsou zbytky plynu, prachu a částic. Při pokusu o cestování blízko rychlosti světla bude každý atom, který se s lodí srazí, jako vysokoenergetická částice kosmického záření. Úroveň tvrdé radiace se při takovém bombardování nepřijatelně zvýší i během letů k blízkým hvězdám.

A mechanický dopad částic při takové rychlosti bude jako výbušné kulky. Podle některých výpočtů bude každý centimetr ochranné clony hvězdné lodi nepřetržitě vystřelován rychlostí 12 ran za minutu. Je jasné, že žádná obrazovka takovéto expozici během několika let letu nevydrží. Nebo bude muset mít nepřijatelnou tloušťku (desítky a stovky metrů) a hmotnost (stovky tisíc tun).

Ukazuje se, že je nemožné vyřešit problém transportu hmotných těles na galaktické vzdálenosti rychlostí blízkou rychlosti světla. Nemá smysl prorážet prostor a čas pomocí mechanické struktury.

KRTEČNÍ DÍRA

Spisovatelé sci-fi, snažící se překonat neúprosný čas, vynalezli, jak „vyhryzat díry“ v prostoru (a čase) a „složit“ jej. Přišli s různými hyperprostorovými skoky z jednoho bodu ve vesmíru do druhého a obcházeli mezilehlé oblasti. Nyní se ke spisovatelům sci-fi připojili vědci.

Fyzici začali hledat extrémní stavy hmoty a exotické mezery ve vesmíru, kde je možné se pohybovat nadsvětelnou rychlostí, v rozporu s Einsteinovou teorií relativity.

K vytvoření stabilních červích děr však můžete použít efekt, který objevil Holanďan Hendrik Casimir. Spočívá ve vzájemné přitažlivosti vedení nenabitých těles pod vlivem kvantových oscilací ve vakuu. Ukazuje se, že vakuum není úplně prázdné, v gravitačním poli dochází ke kolísání, při kterém se spontánně objevují a mizí částice a mikroskopické červí díry.

Zbývá jen objevit jeden z otvorů a protáhnout ho, umístit mezi dvě supravodivé kuličky. Jedno ústí červí díry zůstane na Zemi, druhé přesune kosmická loď rychlostí blízkou světla ke hvězdě – konečnému objektu. To znamená, že vesmírná loď jakoby prorazí tunel. Jakmile hvězdná loď dosáhne svého cíle, červí díra se otevře pro skutečné bleskově rychlé mezihvězdné cestování, jehož trvání se bude měřit v minutách.

BUBLINA PORUCHU

Podobná teorie červí díry je warp bublina. V roce 1994 provedl mexický fyzik Miguel Alcubierre výpočty podle Einsteinových rovnic a zjistil teoretickou možnost vlnové deformace prostorového kontinua. V tomto případě se prostor stlačí před kosmickou lodí a současně se roztáhne za ní. Hvězdná loď je jakoby umístěna v bublině zakřivení, schopná se pohybovat neomezenou rychlostí. Genialita myšlenky spočívá v tom, že kosmická loď spočívá v bublině zakřivení a zákony relativity nejsou porušeny. Zároveň se pohybuje samotná bublina zakřivení a lokálně deformuje časoprostor.

Navzdory neschopnosti cestovat rychleji než světlo, nic nebrání tomu, aby se prostor pohyboval nebo deformace časoprostoru se šířily rychleji než světlo, což se podle všeho stalo bezprostředně po Velkém třesku, kdy se vesmír zformoval.

Všechny tyto myšlenky zatím nezapadají do rámce moderní vědy, nicméně v roce 2012 zástupci NASA oznámili přípravu experimentálního testu teorie Dr. Alcubierra. Kdo ví, možná se Einsteinova teorie relativity jednoho dne stane součástí nové globální teorie. Proces učení je totiž nekonečný. To znamená, že jednoho dne se nám podaří prorazit trny ke hvězdám.

Irina GROMOVÁ

Mohlo by se mezihvězdné cestování změnit z dýmkového snu ve skutečnou možnost?

Vědci z celého světa říkají, že lidstvo se v průzkumu vesmíru posouvá dál a dál a objevují se nové objevy a technologie. O mezihvězdných letech si však lidé stále mohou nechat jen zdát. Je ale tento sen tak nedosažitelný a nereálný? Co má lidstvo dnes a jaké jsou vyhlídky do budoucna?

Pokud pokrok nebude stagnovat, pak se podle odborníků během jednoho nebo dvou století lidstvu podaří splnit si svůj sen. Ultravýkonný dalekohled Kepler svého času astronomům umožnil objevit 54 exoplanet, kde je možný vývoj života, a dnes je již potvrzena existence 1028 takových planet. Tyto planety, obíhající kolem hvězdy mimo sluneční soustavu, jsou tak daleko od centrální hvězdy, že se na jejich povrchu může udržet kapalná voda.

Stále je však nemožné získat odpověď na hlavní otázku - je lidstvo ve Vesmíru samo - kvůli gigantickým vzdálenostem k nejbližším planetárním systémům. Množství exoplanet ve vzdálenosti sto nebo méně světelných let od Země, stejně jako obrovský vědecký zájem, který vyvolávají, nás nutí podívat se na myšlenku mezihvězdného cestování zcela jiným způsobem.

Let na jiné planety bude záviset na vývoji nových technologií a volbě metody nutné k dosažení tak vzdáleného cíle. Mezitím výběr ještě nepadl.

Aby byli pozemšťané schopni překonat neuvěřitelně obrovské vesmírné vzdálenosti a v relativně krátké době, budou muset inženýři a kosmologové vytvořit zásadně nový motor. Je příliš brzy mluvit o mezigalaktických letech, ale lidstvo by mohlo prozkoumat Mléčnou dráhu, galaxii, ve které se nachází Země a Sluneční soustava.

Galaxie Mléčná dráha má asi 200–400 miliard hvězd, kolem kterých se na svých drahách pohybují planety. Nejbližší hvězda ke Slunci je Alfa Centauri. Vzdálenost k němu je přibližně čtyřicet bilionů kilometrů nebo 4,3 světelných let.

Raketa s konvenčním motorem k ní bude muset letět zhruba 40 tisíc let! Pomocí Ciolkovského vzorce lze snadno spočítat, že k urychlení kosmické lodi s proudovým motorem na raketové palivo na rychlost 10 % rychlosti světla je potřeba více paliva, než je k dispozici na celé Zemi. Hovořit o vesmírné misi s moderními technologiemi je proto naprostá absurdita.

Podle vědců budou budoucí vesmírné lodě schopné létat pomocí termonukleárního raketového motoru. Reakce termonukleární fúze může produkovat energii na jednotku hmotnosti v průměru téměř milionkrát více než proces chemického spalování.

V roce 1970 proto skupina inženýrů společně s vědci vypracovala projekt obří mezihvězdné lodi s termonukleárním pohonným systémem. Bezpilotní kosmická loď Daedalus měla být vybavena pulzním termonukleárním motorem. Malé granule měly být vhozeny do spalovací komory a zapáleny paprsky silných elektronových paprsků. Plazma, jako produkt termonukleární reakce, unikající z trysky motoru, zajišťuje trakci lodi.

Předpokládalo se, že Daedalus měl letět k Barnardově hvězdě, jejíž dráha je vzdálená šest světelných let. Obrovská vesmírná loď by se k němu dostala za 50 let. A přestože projekt nebyl realizován, dodnes neexistuje reálnější technický projekt.

Dalším směrem v technologii vytváření mezihvězdných lodí je sluneční plachta. Použití solární plachty je dnes považováno za nejslibnější a nejrealističtější možnost pro hvězdnou loď. Výhodou solární plachetnice je, že na palubě není potřeba palivo, což znamená, že užitečné zatížení bude mnohem větší než u jiných kosmických lodí. Již dnes je možné postavit mezihvězdnou sondu, kde tlak slunečního větru bude hlavním zdrojem energie pro loď.

O vážnosti záměrů rozvíjet meziplanetární lety svědčí projekt, který se od roku 2010 vyvíjí v jedné z hlavních vědeckých laboratoří NASA. Vědci pracují na projektu přípravy na pilotovaný let do jiných hvězdných systémů během příštích sta let.

S využitím stávající technologie by trvalo velmi, velmi dlouho poslat vědce a astronauty na mezihvězdnou misi. Cesta bude bolestně dlouhá (i podle vesmírných měřítek). Chceme-li takovou cestu uskutečnit alespoň za jeden život, nebo dokonce za generaci, potřebujeme radikálnější (čti čistě teoretická) opatření. A i když jsou červí díry a subprostorové motory v tuto chvíli naprosto fantastické, po mnoho let existují jiné nápady, o kterých věříme, že budou realizovány.

Jaderný pohon

Jaderný pohon je teoreticky možný „motor“ pro rychlé cestování vesmírem. Tento koncept původně navrhl Stanislaw Ulam v roce 1946, polsko-americký matematik, který se účastnil projektu Manhattan, a předběžné výpočty provedli F. Reines a Ulam v roce 1947. Projekt Orion byl zahájen v roce 1958 a trval do roku 1963.

Orion, vedený Tedem Taylorem z General Atomics a fyzikem Freemanem Dysonem z Institutu pro pokročilé studium v ​​Princetonu, by využil sílu pulzních jaderných výbuchů k poskytnutí obrovského tahu s velmi vysokým specifickým impulsem.

Stručně řečeno, projekt Orion zahrnuje velkou kosmickou loď, která získává rychlost podporou termonukleárních hlavic, vymršťováním bomb zezadu a zrychlováním z tlakové vlny, která prochází do zadního „tlačného zařízení“, pohonného panelu. Po každém stlačení je síla exploze absorbována tímto panelem a převedena na pohyb vpřed.

I když tato konstrukce není na moderní standardy jen stěží elegantní, výhodou koncepce je, že poskytuje vysoký měrný tah - to znamená, že získává maximum energie ze zdroje paliva (v tomto případě jaderných bomb) s minimálními náklady. Navíc tento koncept může teoreticky dosahovat velmi vysokých rychlostí, někteří odhadují až 5 % rychlosti světla (5,4 x 107 km/h).

Tento projekt má samozřejmě nevyhnutelné nevýhody. Na jednu stranu bude stavba lodi této velikosti extrémně nákladná. Dyson v roce 1968 odhadl, že kosmická loď Orion, poháněná vodíkovými bombami, by vážila mezi 400 000 a 4 000 000 metrickými tunami. A nejméně tři čtvrtiny této hmotnosti by pocházely z jaderných bomb, každá o hmotnosti asi jedné tuny.

Dysonovy konzervativní výpočty ukázaly, že celkové náklady na stavbu Orionu budou 367 miliard dolarů. Po očištění o inflaci tato částka vychází na 2,5 bilionu dolarů, což je poměrně hodně. I při těch nejkonzervativnějších odhadech bude výroba zařízení extrémně drahá.

Je tu také malý problém s radiací, kterou bude emitovat, nemluvě o jaderném odpadu. Předpokládá se, že právě proto byl projekt zrušen v rámci smlouvy o částečném zákazu zkoušek z roku 1963, kdy se světové vlády snažily omezit jaderné testování a zastavit nadměrné uvolňování radioaktivního spadu do atmosféry planety.

Fúzní rakety

Další možností využití jaderné energie jsou termonukleární reakce k výrobě tahu. V tomto konceptu by se energie vytvořila zapálením pelet směsi deuteria a helia-3 v reakční komoře inerciálním zadržením pomocí elektronových paprsků (podobně jako v National Ignition Facility v Kalifornii). Takový fúzní reaktor by explodoval rychlostí 250 pelet za sekundu, čímž by se vytvořilo vysokoenergetické plazma, které by pak bylo přesměrováno do trysky a vytvořilo by tah.

Stejně jako raketa, která spoléhá na jaderný reaktor, má tento koncept výhody z hlediska účinnosti paliva a specifického impulsu. Rychlost se odhaduje na 10 600 km/h, což daleko překračuje rychlostní limity konvenčních raket. Kromě toho byla tato technologie v posledních několika desetiletích rozsáhle studována a bylo předloženo mnoho návrhů.

Například v letech 1973 až 1978 provedla Britská meziplanetární společnost studii proveditelnosti projektu Daedalus. Na základě moderních poznatků a fúzní technologie vědci vyzvali ke konstrukci dvoustupňové bezpilotní vědecké sondy, která by mohla dosáhnout Barnardovy hvězdy (5,9 světelných let od Země) během lidského života.

První stupeň, největší ze dvou, bude fungovat 2,05 roku a urychlí plavidlo na 7,1 % rychlosti světla. Poté se tento stupeň zahodí, druhý se zapálí a zařízení zrychlí na 12 % rychlosti světla za 1,8 roku. Poté se vypne motor druhého stupně a loď letí 46 let.

Projekt Daedalus odhaduje, že mise by trvala 50 let, než by dosáhla Barnard's Star. Pokud do Proximy Centauri, stejná loď se tam dostane za 36 let. Projekt ale samozřejmě zahrnuje spoustu nedořešených problémů, zejména těch, které nelze vyřešit moderními technologiemi – a většina z nich dosud vyřešena nebyla.

Například na Zemi prakticky žádné helium-3 není, což znamená, že se bude muset těžit jinde (s největší pravděpodobností na Měsíci). Za druhé, reakce, která pohání zařízení, vyžaduje, aby emitovaná energie výrazně převyšovala energii vynaloženou na zahájení reakce. A přestože experimenty na Zemi již překonaly „bod zvratu“, stále jsme daleko od množství energie, které může pohánět mezihvězdnou kosmickou loď.

Zatřetí zůstává otázka nákladů na takové plavidlo. I podle skromných měřítek bezpilotního prostředku Project Daedalus by plně vybavené vozidlo vážilo 60 000 tun. Pro představu, hrubá hmotnost NASA SLS je něco málo přes 30 metrických tun a samotné vypuštění bude stát 5 miliard dolarů (odhady z roku 2013).

Stručně řečeno, nejenže by byla stavba fúzní rakety příliš drahá, ale vyžadovala by také úroveň fúzního reaktoru, která je daleko přesahující naše možnosti. Icarus Interstellar, mezinárodní organizace občanských vědců (někteří pracovali pro NASA nebo ESA), se snaží tento koncept oživit pomocí projektu Icarus. Skupina vznikla v roce 2009 a doufá, že v dohledné době umožní fúzní hnutí (a další).

Fúzní nápor

Také známý jako Bussard ramjet, motor byl poprvé navržen fyzikem Robertem Bussardem v roce 1960. Ve svém jádru jde o vylepšení standardní fúzní rakety, která využívá magnetické pole ke stlačování vodíkového paliva do bodu fúze. Ale v případě náporového trychtýře nasává obrovský elektromagnetický trychtýř vodík z mezihvězdného média a vypouští ho do reaktoru jako palivo.

Jak vozidlo nabírá rychlost, reaktivní hmota vstupuje do omezujícího magnetického pole, které ji stlačuje, dokud nezačne termonukleární fúze. Magnetické pole pak směruje energii do trysky rakety a urychluje plavidlo. Protože to nezpomalí žádné palivové nádrže, fúzní nápor může dosáhnout rychlosti řádově 4 % rychlosti světla a cestovat kamkoli v galaxii.

Tato mise má však mnoho potenciálních nevýhod. Například problém tření. Kosmická loď spoléhá na vysokou rychlost sběru paliva, ale také se setká s velkým množstvím mezihvězdného vodíku a ztratí rychlost - zejména v hustých oblastech galaxie. Za druhé, ve vesmíru je málo deuteria a tritia (které se používají v reaktorech na Zemi) a syntéza obyčejného vodíku, který je ve vesmíru hojný, zatím nemáme pod kontrolou.

Sci-fi se však do tohoto konceptu zamilovala. Nejznámějším příkladem je možná franšíza Star Trek, která využívá sběratele Bussard. Ve skutečnosti naše chápání fúzních reaktorů není zdaleka tak dobré, jak bychom chtěli.

Laserová plachta

Sluneční plachty byly dlouho považovány za efektivní způsob, jak dobýt sluneční soustavu. Kromě toho, že jsou relativně jednoduché a levné na výrobu, mají velkou výhodu: nevyžadují palivo. Místo použití raket, které potřebují palivo, plachta využívá radiační tlak z hvězd k pohonu ultratenkých zrcadel na vysoké rychlosti.

V případě mezihvězdného cestování by však taková plachta musela být poháněna soustředěnými paprsky energie (laserem nebo mikrovlnami), aby se urychlila na rychlost blízkou rychlosti světla. Tento koncept poprvé navrhl Robert Forward v roce 1984, fyzik z Hughes Aircraft Laboratory.

Jeho nápad si zachovává výhody solární plachty v tom, že na palubě nepotřebuje palivo a také to, že laserová energie se nerozptyluje na vzdálenost stejně jako sluneční záření. Ačkoliv tedy laserové plachtě bude nějakou dobu trvat, než se zrychlí na rychlost blízkou rychlosti světla, bude následně omezena pouze rychlostí samotného světla.

Podle studie z roku 2000 Roberta Frisbyho, ředitele výzkumu pokročilých konceptů pohonu v NASA Jet Propulsion Laboratory, by laserová plachta zrychlila na poloviční rychlost světla za méně než deset let. Vypočítal také, že plachta o průměru 320 kilometrů by mohla dosáhnout Proximy Centauri za 12 let. Mezitím plachta o průměru 965 kilometrů dorazí za pouhých 9 let.

Taková plachta však bude muset být postavena z pokročilých kompozitních materiálů, aby nedošlo k roztavení. Což bude vzhledem k velikosti plachty obzvlášť obtížné. Náklady jsou ještě horší. Podle Frisbyho by lasery vyžadovaly stálý tok 17 000 terawattů energie, což je zhruba to, co celý svět spotřebuje za jeden den.

Antihmotový motor

Fanoušci sci-fi dobře vědí, co je antihmota. Ale pokud jste zapomněli, antihmota je látka složená z částic, které mají stejnou hmotnost jako běžné částice, ale mají opačný náboj. Antihmotový motor je hypotetický motor, který se spoléhá na interakce mezi hmotou a antihmotou při vytváření energie nebo tahu.

Stručně řečeno, motor antihmoty využívá částice vodíku a antivodíku, které se vzájemně srážejí. Energie emitovaná při procesu anihilace je objemově srovnatelná s energií výbuchu termonukleární bomby doprovázené proudem subatomárních částic – pionů a mionů. Tyto částice, které se pohybují třetinovou rychlostí světla, jsou přesměrovány do magnetické trysky a generují tah.

Výhodou této třídy raket je, že většinu hmoty směsi hmoty a antihmoty lze přeměnit na energii, což má za následek vysokou hustotu energie a specifický impuls lepší než jakákoli jiná raketa. Navíc anihilační reakce může urychlit raketu na poloviční rychlost světla.

Tato třída raket bude nejrychlejší a energeticky nejúčinnější možná (nebo nemožná, ale navrhovaná). Zatímco konvenční chemické rakety vyžadují tuny paliva k pohonu kosmické lodi na místo určení, antihmotový motor udělá stejnou práci s pouhými několika miligramy paliva. Vzájemná destrukce půl kilogramu vodíkových a antivodíkových částic uvolní více energie než 10megatunová vodíková bomba.

Z tohoto důvodu Institut Advanced Concepts Institute NASA zkoumá tuto technologii jako možnost pro budoucí mise na Mars. Bohužel, když uvažujeme o misích do blízkých hvězdných soustav, množství potřebného paliva roste exponenciálně a náklady se stávají astronomickými (bez slovní hříčky).

Podle zprávy připravené pro 39. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit by dvoustupňová antihmotová raketa vyžadovala více než 815 000 metrických tun pohonné hmoty, aby dosáhla Proxima Centauri za 40 let. Je to relativně rychlé. Ale ta cena...

Přestože jeden gram antihmoty vyprodukuje neuvěřitelné množství energie, výroba pouhého jednoho gramu by vyžadovala 25 milionů miliard kilowatthodin energie a stála bilion dolarů. V současnosti je celkové množství antihmoty vytvořené lidmi méně než 20 nanogramů.

A i kdybychom mohli vyrábět antihmotu levně, potřebovali bychom masivní loď, která by dokázala pojmout potřebné množství paliva. Podle zprávy Dr. Darrella Smithe a Jonathana Webbyho z Embry-Riddle Aeronautical University v Arizoně by mezihvězdná kosmická loď poháněná antihmotou mohla dosáhnout rychlosti 0,5 násobku rychlosti světla a dosáhnout Proximy Centauri za něco málo přes 8 let. Samotná loď by však vážila 400 tun a vyžadovala by 170 tun antihmotového paliva.

Možným způsobem, jak to obejít, by bylo vytvořit nádobu, která by vytvořila antihmotu a poté ji použila jako palivo. Tento koncept, známý jako Vacuum to Antihmota Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), navrhl Richard Aubauzi z Icarus Interstellar. Na základě myšlenky recyklace in-situ by vozidlo VARIES použilo velké lasery (napájené obrovskými solárními panely) k vytvoření částic antihmoty při vystřelení do prázdného prostoru.

Podobně jako u konceptu fusion ramjet řeší tento návrh problém dopravy paliva jeho extrakcí přímo z vesmíru. Ale opět, náklady na takovou loď budou extrémně vysoké, pokud ji postavíme pomocí našich moderních metod. Antihmotu prostě nemůžeme vytvořit v obrovském měřítku. Je zde také problém s radiací, který je třeba vyřešit, protože anihilace hmoty a antihmoty vytváří záblesky vysokoenergetických paprsků gama.

Nebezpečí představují nejen pro posádku, ale i pro motor, aby se vlivem vší té radiace nerozpadly na subatomární částice. Stručně řečeno, antihmotový motor je vzhledem k naší současné technologii zcela nepraktický.

Alcubierre Warp Drive

Fanoušci sci-fi nepochybně znají koncept warp pohonu (nebo Alcubierreho pohonu). Myšlenka navržená mexickým fyzikem Miguelem Alcubierrem v roce 1994 byla pokusem představit si okamžitý pohyb prostorem, aniž by došlo k porušení Einsteinovy ​​teorie speciální relativity. Stručně řečeno, tento koncept zahrnuje natažení tkaniny časoprostoru do vlny, která by teoreticky způsobila smrštění prostoru před objektem a rozšíření prostoru za ním.

Objekt uvnitř této vlny (naše loď) bude schopen jet na této vlně, přičemž bude ve „warpové bublině“ rychlostí mnohem vyšší, než je ta relativistická. Jelikož se loď v bublině sama nepohybuje, ale je jí nesena, nebudou porušeny zákony relativity a časoprostoru. Tato metoda v podstatě nezahrnuje pohyb rychleji, než je rychlost světla v místním smyslu.

Je „rychlejší než světlo“ pouze v tom smyslu, že loď může dosáhnout svého cíle rychleji než paprsek světla putující mimo warp bublinu. Za předpokladu, že je kosmická loď vybavena systémem Alcubierre, dosáhne Proxima Centauri za méně než 4 roky. Proto, pokud jde o teoretické mezihvězdné cestování vesmírem, jde o zdaleka nejslibnější technologii z hlediska rychlosti.

Celý tento koncept je samozřejmě extrémně kontroverzní. Mezi argumenty proti je například to, že nebere v úvahu kvantovou mechaniku a může být vyvráceno teorií všeho (jako smyčková kvantová gravitace). Výpočty potřebného množství energie také ukázaly, že warpový pohon by byl neúměrně žravý. Mezi další nejistoty patří bezpečnost takového systému, časoprostorové efekty v místě určení a porušení kauzality.

V roce 2012 však vědec NASA Harold White oznámil, že on a jeho kolegové začali zkoumat možnost vytvoření motoru Alcubierre. White uvedl, že sestrojili interferometr, který by zachytil prostorové zkreslení způsobené expanzí a kontrakcí časoprostoru v Alcubierrově metrice.

V roce 2013 zveřejnila Jet Propulsion Laboratory výsledky testů warpového pole provedených ve vakuu. Výsledky byly bohužel považovány za „neprůkazné“. Z dlouhodobého hlediska můžeme zjistit, že Alcubierrova metrika porušuje jeden nebo více základních přírodních zákonů. A i když se jeho fyzika ukáže jako správná, neexistuje žádná záruka, že systém Alcubierre lze použít k letu.

Obecně je vše jako obvykle: narodili jste se příliš brzy na to, abyste cestovali k nejbližší hvězdě. Pokud však lidstvo pocítí potřebu postavit „mezihvězdnou archu“, která pojme soběstačnou lidskou společnost, bude možné dosáhnout Proximy Centauri přibližně za sto let. Pokud samozřejmě chceme do takové akce investovat.

Z hlediska času se všechny dostupné metody zdají být extrémně omezené. A přestože strávit stovky tisíc let cestováním k nejbližší hvězdě pro nás může být málo zajímavé, když je v sázce naše vlastní přežití, protože vesmírné technologie postupují, metody zůstanou extrémně nepraktické. Než se naše archa dostane k nejbližší hvězdě, její technologie zastará a lidstvo samo o sobě už nemusí existovat.

Pokud tedy neuděláme zásadní průlom v oblasti fúze, antihmoty nebo laserové technologie, spokojíme se s průzkumem naší vlastní sluneční soustavy.

„Technologie pro mládež“ 1991 č. 10, s. 18-19

Vladimír ATSYUKOVSKIJ,
kandidát technických věd,
Žukovskij, Moskevská oblast.

Je možné mezihvězdné cestování?

Tisk byl zavalen vlnou zpráv o UFO. Očití svědci tvrdí, že viděli UFO, které bylo zjevně vytvořeno člověkem. Nepochybují o tom, že pozorovali vesmírné lodě mimozemských civilizací. Naše vědomí to však odmítá akceptovat: pro planety sluneční soustavy je přítomnost jiných civilizací než Země téměř nemožná, protože na nich, alespoň na jejich povrchu, nejsou podmínky pro život. Možná pod povrchem? Nepravděpodobné, i když...

A na planetách jiných systémů může být život, ale je od nich velmi daleko: nejbližších 28 hvězd se nachází v rozmezí od 4 (nejbližší Centauri) do 13 světelných let (Kapteynova hvězda). Hvězdy jako Sirius A a B, Procyon A a B, Tau Ceti se nacházejí v tomto intervalu. Ne blízko! Pokud lodě létají tam a zpět rychlostí světla, pak jim to bude trvat 8 až 26 let v obou směrech, a to jen pro nejbližší hvězdy. Nepočítaje čas na zrychlení a zpomalení. To je stěží vhodné, což znamená, že musíte létat rychleji než světlo.

No, odhadněme, jak dlouho bude trvat akcelerace na takové rychlosti (a brzdění). Pro přehlednost jsou výsledky shrnuty v tabulce, ze které můžete okamžitě zjistit čas potřebný k dosažení konkrétní rychlosti při konkrétním zrychlení. Ukazuje se, že pokud předpokládáme, že přípustná doba trvání jednosměrné cesty bude rovna jednomu měsíci, pak musíte letět rychlostí řádově mnoha desítek rychlostí světla a zrychlit (a zpomalit) s zrychlení mnoha stovek pozemských zrychlení. Hmmm!.. A k tomu všemu ještě potřebujeme někde nabrat energii! Člověk si nevyhnutelně klade otázku: jsou mezihvězdné lety vůbec proveditelné? Ale odkud se potom UFO berou? Navíc se chovají vyzývavě: náhle zmizí, manévrují v pravém úhlu, něco vydávají... Co když...

Koneckonců, co vlastně potřebujeme? Stačí odpovědět na tři otázky:

1. Je v principu možné letět rychlostí přesahující rychlost světla? (Ve škole mě učili, že ne.)

2. Je možné silně zrychlit bez zničení těla? (Podle moderních koncepcí je maximální přípustné již 10násobné přetížení.)

3. Je možné získat energii pro zrychlení a brzdění? (Výpočty ukazují, že k tomu žádná termojaderná energie nestačí.)

Kupodivu na všechny otázky, navzdory skeptickým poznámkám v závorkách, už dnes mají kladné odpovědi. Je nemožné létat rychlostí přesahující rychlost světla jen kvůli zákazu A. Einsteina. Ale proč je proboha jeho teorie relativity povýšena na úroveň absolutní pravdy? Ostatně pochází z postulátů, tedy z autorových vynálezů, které samy o sobě vycházejí z falešných premis. Například v roce 1887 byl ve slavném Michelsonově experimentu objeven éterický vítr, i když se ukázalo, že jeho velikost byla menší, než se očekávalo (tehdy nebyl pojem hraniční vrstvy znám). Co se stalo? Na jedné straně SRT - speciální teorie relativity - nemůže existovat, pokud existuje éter. Na druhou stranu GTR - obecná teorie relativity - jak sám Einstein napsal v článcích „O éteru“ a „Éter a teorie relativity“, vždy přítomnost éteru předpokládá. Jak tomuto rozporu rozumět?

Můj kritický přehled všech hlavních experimentů na SRT a GTR (viz „Logické a experimentální základy teorie relativity. Analytický přehled.“ M., MPI, 1990, 56 s.) ukázal, že mezi nimi nejsou žádné jednoznačně potvrzující toto teorie! Proto se zde dá slevit a nebrat v úvahu. Navíc P. Laplace také zjistil, že rychlost šíření gravitačních poruch není méně než 50 milionůkrát vyšší než rychlost světla, a celá zkušenost nebeské mechaniky, která pracuje výhradně se statickými vzorci, které předpokládají nekonečně velkou rychlost šíření gravitace, to potvrzuje. Zkrátka zákaz podsvětelných rychlostí neexistuje, šlo o planý poplach.

Přejděme k druhé otázce. Uvažujme, jak astronaut zrychluje? Raketové plyny tlačí na stěnu spalovací komory, která tlačí na raketu, raketa tlačí na opěradlo židle a opěradlo na ni. A tělo, celá hmota astronauta, který se snaží zůstat v klidu, je zdeformován a pod silnými vlivy se může zhroutit. Pokud by ale tentýž astronaut spadl v gravitačním poli nějaké hvězdy, pak by sice zrychlil mnohem rychleji, ale nezaznamenal by vůbec žádnou deformaci, protože všechny prvky jeho těla jsou urychlovány současně a stejně. Totéž se stane, když fouknete éterem na astronauta. V tomto případě proudění éteru - skutečného viskózního plynu - urychlí každý proton a astronauta jako celek, aniž by došlo k deformaci těla (vzpomeňte si na sci-fi román A. Belyaeva „Ariel“). Kromě toho může mít zrychlení libovolnou hodnotu, pokud je proudění rovnoměrné. Takže i zde jsou příležitosti.

A nakonec, kde berete energii? Podle mých údajů (viz „Obecná dynamika éteru. Modelování struktur hmoty a polí na základě představ o éteru podobném plynu.“ M., Energoatomizdat, 1990, 280 stran) je éter skutečný plyn jemné struktury, stlačitelný a viskózní. Je pravda, že jeho viskozita je poměrně malá, a to nemá prakticky žádný vliv na zpomalení planet, ale při vysokých rychlostech hraje velmi znatelnou roli. Tlak éteru je obrovský, více než 2 x 10 v 29 atm (2 x 10 v 32 N/m2), hustota - 8,85 x 10 in - 12 kg/kubický. m (v blízkém prostoru Země). A jak se ukázalo, existuje v něm přirozený proces, který nám může dodat neomezené množství energie v jakémkoli bodě prostoru v porcích libovolné velikosti... Mluvíme o vírech.

Kde berou běžná tornáda kinetickou energii? Vzniká samovolně z potenciální energie atmosféry. A poznámka: pokud to druhé prakticky nelze použít, pak to první lze použít například tak, že přinutíte tornádo k otáčení turbíny. Každý ví, že tornádo připomíná kmen - silnější na základně. Analýza této okolnosti ukázala, že je stlačena atmosférickým tlakem. Vnější tlak způsobuje, že se částice plynu v těle tornáda během procesu komprese pohybují ve spirále. Rozdíl tlakových sil - vnější a vnitřní (plus odstředivá síla) dává průmět výsledné síly na dráhu částic plynu (obr. 1) a způsobuje jejich zrychlení v těle tornáda. Stává se tenčí a rychlost pohybu jeho stěny se zvyšuje. V tomto případě platí zákon zachování momentu hybnosti mrv = const a čím je tornádo stlačenější, tím větší je rychlost pohybu. Na každé tornádo tedy působí celá atmosféra planety; Jeho energie je založena na hustotě vzduchu rovné 1 kg / metr krychlový. m, a tlak rovný 1 atm (10 v 5 N/m2). A v éteru je hustota o 11 řádů menší, ale tlak je o 29 (!) řádů vyšší. A éter má také svůj mechanismus schopný dodávat energii. Tohle je BL, kulový blesk.

Éterově dynamický model BL je jediný (!) schopný vysvětlit všechny jeho rysy v úplnosti. A co dnes chybí k získávání ekologicky šetrné energie z éteru, je naučit se vytvářet umělé CMM. Samozřejmě poté, co se naučíme vytvářet podmínky pro tvorbu vírů v éteru. Ale nejenže nevíme, jak to udělat, ale ani nevíme, jakým způsobem k tomu přistupovat. Extrémně tvrdý oříšek! Jedna věc je povzbudivá: vždyť příroda je nějak dokáže vytvořit, tyto CMM! A pokud ano, tak to snad jednou zvládneme i my. A pak nebudou potřeba všemožné jaderné elektrárny, vodní elektrárny, tepelné elektrárny, tepelné elektrárny, větrné elektrárny, solární elektrárny a další elektrárny. S jakýmkoli požadovaným množstvím energie na jakémkoli místě bude lidstvo přistupovat k řešení environmentálních problémů zcela jiným způsobem. Samozřejmě za podmínky, že bude muset na své planetě žít v míru, a co sakra, bude zničena nejen jeho rodná Země, ale i celá sluneční soustava! Vidíte, s energií lze problém vyřešit. Zároveň si dejte pozor na důležitý detail – s touto metodou nebude potřeba zrychlovat a zpomalovat hmotu paliva, která nyní z velké části určuje hmotnost lodi.

No a co samotná mezihvězdná loď, jak by měla být navržena? Ano, alespoň v podobě již známého „létajícího talíře“. (Obr. 2.) V jeho přední části jsou dva „přívody éteru“, které absorbují éter z okolního prostoru. Za nimi jsou komory pro vytváření vírů, ve kterých proudí éter víří a samo se zhutňuje. Dále podél vírových kanálů jsou éterická tornáda dopravována do anihilační komory, kde se (stejnými šroubovými pohyby, ale namířenými v opačném směru; navzájem anihilují pluhem. Zhuštěný éter již není zadržován mezní vrstvou a exploduje, rozptyluje se na všechny strany. Tryskový proud je vržen dozadu a dopředu - proud, který zachycuje celou loď a tělo astronauta, které se zrychluje bez deformace. A loď letí před světlem, v běžném euklidovském prostoru a v běžném čase ...

Ale co paradoxy dvojčat, přibývající hmoty a ubývající délky? Ale v žádném případě. Postuláty – jsou to postuláty – svobodné vynálezy, plody svobodné představivosti. A musí být smeteny stranou spolu s „teorií“, která je zrodila. Neboť pokud nadešel čas, aby lidstvo vyřešilo aplikované problémy, pak by to neměly zastavit žádné nafoukané autority se svými spekulativními bariérami, které přišly odnikud.

Poznámka: Uvedené knihy lze objednat na adrese: 140160, Žukovskij, Moskevská oblast, PO Box 285.