A csillagközi utazás lehetetlen. Lehet más csillagokhoz repülni? És még gyorsabban

A Naprendszer régóta nem érdekli különösebben a tudományos-fantasztikus írókat. De meglepő módon egyes tudósok számára „bennszülött” bolygóink nem keltenek sok inspirációt, bár gyakorlatilag még nem fedezték fel őket.

Alig nyitott ablakot az űrbe, az emberiség ismeretlen távolságokba rohan, és nem csak álmaiban, mint korábban.
Szergej Koroljov azt is megígérte, hogy hamarosan „szakszervezeti jeggyel” repül az űrbe, de ez a mondat már fél évszázados, és az űrodüsszea még mindig az elit része – túl drága öröm. Két évvel ezelőtt azonban a HACA grandiózus projektet indított 100 éves csillaghajó, amely magában foglalja az űrrepülések tudományos és műszaki alapjainak fokozatos és több éven át tartó megteremtését.

Milyen problémákat kell tehát megoldani ahhoz, hogy a csillagrepülés valósággá váljon?

AZ IDŐ ÉS SEBESSÉG RELATÍV

Az automatikus űrhajók által végzett csillagászat néhány tudós számára furcsa módon szinte megoldott probléma. És mindez annak ellenére, hogy a jelenlegi csigasebességgel (kb. 17 km/s) és egyéb primitív (ilyen ismeretlen utakra való) berendezésekkel végképp nincs értelme géppuskákat indítani a csillagok felé.

Most a Pioneer 10 és a Voyager 1 amerikai űrszonda elhagyta a Naprendszert, és már nincs kapcsolat velük. A Pioneer 10 az Aldebaran csillag felé halad. Ha nem történik vele semmi, akkor ennek a csillagnak a közelébe ér... 2 millió év múlva. Ugyanígy más eszközök is átkúsznak az Univerzum kiterjedésein.

Tehát függetlenül attól, hogy egy hajó lakott-e vagy sem, ahhoz, hogy a csillagok felé repüljön, nagy sebességre van szüksége, közel a fénysebességhez. Ez azonban segít megoldani azt a problémát, hogy csak a legközelebbi csillagokhoz repüljön.

„Még ha sikerülne is egy olyan csillaghajót építeni, amely közel fénysebességgel tud repülni” – írta K. Feoktistov, „csak a mi Galaxisunkban az utazási időt évezredekben és tízezredekben számolnák, hiszen az átmérője körülbelül 100 000 fényév. De a Földön sokkal több fog történni ez idő alatt.”

A relativitáselmélet szerint az idő múlása két egymáshoz képest mozgó rendszerben eltérő. Mivel nagy távolságokon a hajónak lesz ideje elérni a fénysebességhez nagyon közeli sebességet, az időkülönbség a Földön és a hajón különösen nagy lesz.

Feltételezik, hogy a csillagközi repülések első célpontja az Alpha Centauri (három csillagból álló rendszer) lesz - a legközelebbi hozzánk. Fénysebességgel 4,5 év alatt lehet eljutni a Földön, ez idő alatt tíz év telik el. De minél nagyobb a távolság, annál nagyobb az időkülönbség.

Emlékszel Ivan Efremov híres „Androméda-ködére”? Ott a repülést években, és földi években mérik. Gyönyörű mese, nincs mit mondani. Ez a hőn áhított köd (pontosabban az Androméda-galaxis) azonban 2,5 millió fényévnyire található tőlünk.

Ez azt jelenti, hogy a fénysebességű repülés is csak a viszonylag közeli csillagok számára indokolt. A fénysebességgel repülő eszközök azonban még mindig csak elméletben élnek, ami a sci-fihez hasonlít, bár tudományos.

EGY BOLYGÓ MÉRETŰ HAJÓ

Természetes, hogy a tudósok először azzal az ötlettel álltak elő, hogy a leghatékonyabb termonukleáris reakciót alkalmazzák a hajó hajtóművében - mivel azt részben már elsajátították (katonai célokra). A közel fénysebességű oda-vissza utazáshoz azonban még ideális rendszerkialakítás mellett is legalább 10-es, a harmincadik teljesítményhez viszonyított kezdeti tömegarány szükséges. Vagyis az űrhajó úgy fog kinézni, mint egy hatalmas vonat, amelynek üzemanyaga akkora, mint egy kis bolygó. Lehetetlen egy ilyen kolosszust az űrbe juttatni a Földről. És az is lehetséges, hogy pályára állítsák, a tudósok nem hiába tárgyalják ezt a lehetőséget.

Az anyag megsemmisítésének elvét alkalmazó fotonmotor ötlete nagyon népszerű.

Az annihiláció egy részecske és egy antirészecske átalakulása ütközéskor az eredetitől eltérő részecskévé. A legtöbbet tanulmányozott egy elektron és egy pozitron megsemmisülése, amelyek fotonokat generálnak, amelyek energiája mozgatja a csillaghajót. Ronan Keene és Wei-ming Zhang amerikai fizikusok számításai azt mutatják, hogy a modern technológiák alapján lehetséges olyan megsemmisítő motort létrehozni, amely képes egy űrhajót a fénysebesség 70%-ára felgyorsítani.

Azonban újabb problémák kezdődnek. Sajnos az antianyagot rakéta-üzemanyagként használni nagyon nehéz. A megsemmisítés során erőteljes gamma-sugárzás tör ki, ami káros az űrhajósokra. Ezenkívül a pozitron üzemanyagnak a hajóval való érintkezése halálos robbanással jár. Végül pedig még nincsenek technológiák kellő mennyiségű antianyag előállítására és hosszú távú tárolására: például az antihidrogénatom kevesebb mint 20 percig „él”, egy milligramm pozitron előállítása pedig 25 millió dollárba kerül.

De tegyük fel, hogy idővel ezek a problémák megoldhatók. Ennek ellenére sok üzemanyagra lesz szüksége, és a fotoncsillaghajó induló tömege a Hold tömegéhez fog hasonlítani (Konsztantin Feoktistov szerint).

A VITORLA ELSZAKADT!

Napjaink legnépszerűbb és legvalószínűbb csillaghajója egy napelemes vitorlás, amelynek ötlete Friedrich Zander szovjet tudósé.

A szoláris (fény-, foton-) vitorla olyan eszköz, amely a napfény nyomását vagy egy tükörfelületre ható lézert használja az űrhajó meghajtására.
1985-ben Robert Forward amerikai fizikus egy mikrohullámú energiával gyorsított csillagközi szonda tervezését javasolta. A projekt azt tervezte, hogy a szonda 21 éven belül eléri a legközelebbi csillagokat.

A XXXVI. Nemzetközi Csillagászati ​​Kongresszuson egy lézeres csillaghajó projektjét javasolták, amelynek mozgását a Merkúr körüli pályán elhelyezett optikai lézerek energiája biztosítja. Számítások szerint egy ilyen típusú csillaghajó útja az Epsilon Eridani csillagig (10,8 fényév) és vissza 51 évig tartana.

„Nem valószínű, hogy a Naprendszerünkön keresztüli utazásokból nyert adatok jelentős előrelépést tesznek annak a világnak a megértésében, amelyben élünk. Természetesen a gondolat a csillagok felé fordul. Hiszen korábban úgy volt, hogy a Föld közeli repülések, a Naprendszerünk más bolygóira való repülések nem a végső cél. Úgy tűnt, hogy a fő feladatnak kikövezni az utat a csillagokhoz.”

Ezek a szavak nem egy tudományos-fantasztikus íróé, hanem Konstantin Feoktistov űrhajótervezőé és űrhajósé. A tudós szerint semmi különösebben újat nem fognak felfedezni a Naprendszerben. És ez annak ellenére, hogy az ember eddig csak a Holdat érte el...

Mindez még csak elmélet, de az első lépéseket már megteszik.

1993-ban a Znamja-2 projekt részeként először telepítettek egy 20 méter széles napvitorlát a Progressz M-15 orosz hajón. Amikor a Progress-t a Mir állomással dokkolták, a személyzet egy reflektor bevetési egységet telepített a Progress fedélzetére. Ennek eredményeként a reflektor egy 5 km széles fényes foltot hozott létre, amely 8 km/s sebességgel haladt át Európán keresztül Oroszországba. A fényfolt fényereje nagyjából a telihold fényereje volt.

A vitorlás változat alkalmas lehet automata szondák, állomások és teherhajók indítására, de nem alkalmas emberes visszarepülésre. Vannak más csillaghajó-projektek is, de ezek így vagy úgy, a fentiekre emlékeztetnek (ugyanazokkal a nagyszabású problémákkal).

MEGLEPETÉSEK A CSILLAGKÖZI TÉRBEN

Úgy tűnik, sok meglepetés vár az Univerzumban utazókra. Például, alig nyúlva túl a Naprendszeren, a Pioneer 10 amerikai apparátus ismeretlen eredetű erőt kezdett érezni, ami gyenge fékezést okozott. Számos feltételezés született, köztük a tehetetlenség vagy akár az idő még ismeretlen hatásai. Ennek a jelenségnek még mindig nincs egyértelmű magyarázata: az egyszerű technikai hipotézisektől (például egy készülékben lévő gázszivárgásból származó reakcióerő) egészen új fizikai törvények bevezetéséig.

Egy másik eszköz, a Voyadger 1 erős mágneses mezőt észlelt a Naprendszer határán. Ebben a csillagközi térből származó töltött részecskék nyomása miatt a Nap által létrehozott mező sűrűbbé válik. A készülék regisztrált még:

• a csillagközi térből a Naprendszerbe behatoló nagy energiájú elektronok számának növekedése (körülbelül 100-szor);
• a galaktikus kozmikus sugarak szintjének éles növekedése - csillagközi eredetű, nagy energiájú töltött részecskék.

A csillagok közötti tér nem üres. Mindenütt gáz-, por- és részecskék maradványai vannak. Amikor a fénysebességhez közeli utazást kíséreljük meg, minden egyes atom, amely a hajóval ütközik, olyan lesz, mint egy nagy energiájú kozmikus sugárrészecske. A kemény sugárzás szintje egy ilyen bombázás során elfogadhatatlanul megnövekszik még a közeli csillagok felé történő repülés során is.

És a részecskék mechanikai hatása ilyen sebességgel olyan lesz, mint a robbanó golyók. Egyes számítások szerint a csillaghajó védőernyőjének minden centimétere folyamatosan, percenként 12 lövés sebességgel fog kilőni. Nyilvánvaló, hogy egyetlen képernyő sem fog ellenállni az ilyen expozíciónak több éves repülés során. Vagy elfogadhatatlan vastagságúnak (tíz és száz méter) és tömegnek (több százezer tonna) kell lennie.

Kiderült, hogy az anyagi testek fénysebességhez közeli sebességgel való galaktikus távolságra történő szállításának problémáját lehetetlen megoldani. Nincs értelme téren és időn áttörni mechanikus szerkezet segítségével.

VAKONY LYUK

A sci-fi írók, akik megpróbálták leküzdeni a kérlelhetetlen időt, kitalálták, hogyan lehet „lyukakat rágni” a térben (és időben) és „hajtogatni”. Különféle hipertérugrásokat találtak ki a tér egyik pontjáról a másikba, megkerülve a köztes területeket. Most a tudósok csatlakoztak a tudományos-fantasztikus írókhoz.

A fizikusok az anyag szélsőséges állapotait és egzotikus kiskapukat kezdték keresni az Univerzumban, ahol Einstein relativitáselméletével ellentétben szuperluminális sebességgel lehet mozogni.

Stabil féreglyukak létrehozásához azonban használhat egy, a holland Hendrik Casimir által felfedezett hatást. Ez abban áll, hogy a töltés nélküli testeket vákuumban kvantumoszcillációk hatására vezetik kölcsönösen. Kiderült, hogy a vákuum nem teljesen üres, a gravitációs térben vannak ingadozások, amelyekben részecskék és mikroszkopikus féreglyukak spontán módon jelennek meg és tűnnek el.

Nincs más hátra, mint felfedezni az egyik lyukat, és kifeszíteni, két szupravezető golyó közé helyezve. A féreglyuk egyik szája a Földön marad, a másikat az űrszonda közel fénysebességgel a csillaghoz – a végső objektumhoz – mozgatja. Vagyis az űrhajó mintegy áttör egy alagúton. Amint a csillaghajó célba ér, a féreglyuk valódi villámgyors csillagközi utazásra nyílik meg, melynek időtartamát percekben mérik.

A ZAVARÁS BUBORÉKA

A féreglyuk-elmélethez hasonló egy láncbuborék. 1994-ben Miguel Alcubierre mexikói fizikus számításokat végzett az Einstein-egyenletek szerint, és megtalálta a térbeli kontinuum hullámdeformációjának elméleti lehetőségét. Ebben az esetben a tér az űrhajó előtt összenyomódik, és egyidejűleg kitágul mögötte. A csillaghajó mintegy görbületi buborékba van helyezve, amely korlátlan sebességgel képes mozogni. Az ötlet zseniális, hogy az űrhajó egy görbületi buborékban nyugszik, és a relativitáselmélet törvényei nem sérülnek. Ugyanakkor maga a görbületi buborék is mozog, lokálisan torzítva a téridőt.

Annak ellenére, hogy képtelenség a fénynél gyorsabban haladni, semmi sem akadályozza meg a tér mozgását vagy a téridő-vetemülést, hogy a fénynél gyorsabban terjedjen, amiről azt hiszik, hogy közvetlenül az Ősrobbanás után történt, amikor az Univerzum létrejött.

Mindezek az elképzelések még nem férnek bele a modern tudomány keretei közé, azonban 2012-ben a NASA képviselői bejelentették Dr. Alcubierre elméletének kísérleti tesztjének elkészítését. Ki tudja, talán Einstein relativitáselmélete egy napon egy új globális elmélet részévé válik. Végül is a tanulás folyamata végtelen. Ez azt jelenti, hogy egy napon képesek leszünk áttörni a tövisen a csillagokig.

Irina GROMOVA

Lehetséges, hogy a csillagközi utazás egy pipaálomból valós lehetőséggé válhat?

A tudósok szerte a világon azt mondják, hogy az emberiség egyre jobban halad az űrkutatásban, és új felfedezések és technológiák jelennek meg. A csillagközi repülésekről azonban továbbra is csak álmodozhatnak az emberek. De vajon ez az álom ennyire elérhetetlen és irreális? Mit tart ma az emberiség, és mik a kilátások a jövőre nézve?

Szakértők szerint, ha a haladás nem stagnál, akkor egy-két évszázadon belül az emberiség beteljesítheti álmát. A rendkívül nagy teljesítményű Kepler-teleszkóp egy időben 54 olyan exobolygót fedezett fel a csillagászok számára, ahol az élet kialakulása lehetséges, ma pedig már 1028 ilyen bolygó létezését igazolták. Ezek a bolygók, amelyek a Naprendszeren kívüli csillag körül keringenek, olyan messze vannak a központi csillagtól, hogy a felszínükön folyékony víz tartható fenn.

A fő kérdésre - egyedül van-e az emberiség az Univerzumban - azonban továbbra sem lehet választ kapni a legközelebbi bolygórendszerek gigantikus távolsága miatt. A Földtől száz vagy annál kevesebb fényévnyi távolságra lévő exobolygók sokasága, valamint az általuk generált óriási tudományos érdeklődés arra késztet bennünket, hogy teljesen más szemszögből nézzük a csillagközi utazás gondolatát.

A más bolygókra való repülés az új technológiák fejlesztésétől és az ilyen távoli cél eléréséhez szükséges módszer megválasztásától függ. Eközben a választás még nem történt meg.

Ahhoz, hogy a földlakók hihetetlenül hatalmas kozmikus távolságokat lehessenek leküzdeni, méghozzá viszonylag rövid időn belül, a mérnököknek és kozmológusoknak egy alapvetően új motort kell alkotniuk. Korai még intergalaktikus repülésekről beszélni, de az emberiség felfedezheti a Tejútrendszert, azt a galaxist, amelyben a Föld és a Naprendszer található.

A Tejút-galaxisban körülbelül 200-400 milliárd csillag található, amelyek körül a bolygók keringenek. A Naphoz legközelebbi csillag az Alpha Centauri. A távolság hozzávetőleg negyven billió kilométer vagy 4,3 fényév.

Egy hagyományos motorral szerelt rakétának körülbelül 40 ezer évig kell repülnie hozzá! Ciolkovszkij képletével könnyen kiszámítható, hogy egy rakéta-üzemanyaggal működő sugárhajtóműves űrhajónak a fénysebesség 10%-ának megfelelő sebességre való felgyorsításához több üzemanyagra van szükség, mint amennyi az egész Földön elérhető. Ezért a modern technológiákkal végzett űrmisszióról beszélni teljes abszurdum.

A tudósok szerint a jövő űrhajói képesek lesznek repülni termonukleáris rakétahajtómű használatával. A termonukleáris fúziós reakció tömegegységenként átlagosan csaknem milliószor több energiát tud termelni, mint a kémiai égési folyamat.

Ezért 1970-ben mérnökök egy csoportja tudósokkal közösen kidolgozott egy projektet egy termonukleáris meghajtó rendszerrel rendelkező, óriási csillagközi hajóra. A Daedalus pilóta nélküli űrhajót impulzusos termonukleáris hajtóművel kellett volna felszerelni. Kis szemcséket kellett dobni az égéstérbe, és erős elektronsugarak sugározták meg őket. A plazma, mint termonukleáris reakció terméke, a motor fúvókájából kilépve biztosítja a hajó vontatását.

Feltételezték, hogy Daedalusnak Barnard csillagához kellett volna repülnie, amelynek útja hat fényévnyire van. Egy hatalmas űrhajó 50 év múlva érné el. És bár a projekt nem valósult meg, a mai napig nincs reálisabb műszaki projekt.

A csillagközi hajók létrehozásának technológiájának másik iránya a napvitorla. A napvitorla használatát ma a legígéretesebb és legreálisabb lehetőségnek tekintik egy csillaghajó számára. A napelemes vitorlás előnye, hogy nincs szükség üzemanyagra a fedélzeten, ami azt jelenti, hogy a hasznos teher sokkal nagyobb lesz, mint a többi űrhajóé. Már ma is meg lehet építeni egy csillagközi szondát, ahol a napszél nyomása lesz a hajó fő energiaforrása.

A bolygóközi repülések fejlesztésére irányuló szándékok komolyságát bizonyítja a projekt, amelyet 2010 óta fejlesztettek ki a NASA egyik fő tudományos laboratóriumában. A tudósok egy olyan projekten dolgoznak, amely az elkövetkező száz éven belül más csillagrendszerekbe történő emberes repülésre készül fel.

A meglévő technológiát felhasználva nagyon-nagyon sokáig tartana tudósokat és űrhajósokat küldeni csillagközi küldetésre. Az út fájdalmasan hosszú lesz (még kozmikus mércével mérve is). Ha egy ilyen utat legalább egy életen, vagy akár egy generáció alatt meg akarunk tenni, radikálisabb (értsd: pusztán elméleti) intézkedésekre van szükségünk. És bár a féreglyukak és a szubűrmotorok jelenleg teljesen fantasztikusak, sok éven át vannak más ötletek is, amelyek megvalósításában hiszünk.

Nukleáris meghajtás

A nukleáris meghajtás elméletileg lehetséges "motor" a gyors űrutazáshoz. A koncepciót eredetileg Stanislaw Ulam, egy lengyel-amerikai matematikus javasolta 1946-ban, aki részt vett a Manhattan Projectben, az előzetes számításokat pedig F. Reines és Ulam végezte 1947-ben. Az Orion Project 1958-ban indult és 1963-ig tartott.

Ted Taylor, a General Atomics és Freeman Dyson fizikus, a Princeton-i Institute for Advanced Study vezetésével az Orion az impulzusos nukleáris robbanások erejét hasznosítaná, hogy hatalmas tolóerőt biztosítson nagyon nagy fajlagos impulzussal.

Dióhéjban a Project Orion egy nagy űrhajót foglal magában, amely a termonukleáris robbanófejek támogatásával, bombák hátulról kilökődésével és a hátul elhelyezett „tolóba”, azaz meghajtó panelbe kerülő robbanáshullámtól gyorsulva gyorsul fel. Minden egyes lökés után a robbanás erejét ez a panel elnyeli és előremozgássá alakítja át.

Bár ez a kialakítás a mai mércével mérve aligha elegáns, a koncepció előnye, hogy nagy fajlagos tolóerőt biztosít – vagyis minimális költséggel a maximális energiát vonja ki az üzemanyagforrásból (jelen esetben atombombákból). Ezenkívül ez a koncepció elméletileg nagyon nagy sebességet is képes elérni, egyes becslések szerint a fénysebesség akár 5%-át is elérheti (5,4 x 107 km/h).

Természetesen ennek a projektnek vannak elkerülhetetlen hátrányai. Egyrészt egy ekkora hajó építése rendkívül költséges lesz. A Dyson 1968-ban úgy becsülte, hogy a hidrogénbombákkal hajtott Orion űrszonda 400 000 és 4 000 000 metrikus tonna között lehetett volna. És ennek a tömegnek legalább háromnegyede atombombákból származna, amelyek mindegyike körülbelül egy tonnás.

A Dyson óvatos számításai szerint az Orion megépítésének összköltsége 367 milliárd dollár lenne. Az inflációval kiigazítva ez az összeg 2,5 billió dollár, ami elég sok. A készülék gyártása a legóvatosabb becslések ellenére is rendkívül költséges lesz.

Itt van az általa kibocsátott sugárzás kis problémája is, nem beszélve a nukleáris hulladékról. Feltételezik, hogy ez az oka annak, hogy a projektet az 1963-as részleges kísérleti tilalomról szóló egyezmény részeként törölték le, amikor a világ kormányai a nukleáris kísérletek korlátozására és a radioaktív csapadék túlzott kibocsátásának megállítására törekedtek a bolygó légkörébe.

Fúziós rakéták

A nukleáris energia felhasználásának másik lehetősége a termonukleáris reakciók tolóerő előállítása. Ebben az elgondolásban az energiát a deutérium és hélium-3 keverékéből álló pellet meggyújtásával hoznák létre egy reakciókamrában elektronsugarak segítségével, inerciális elzárással (hasonlóan ahhoz, amit a kaliforniai National Ignition Facility-ben tesznek). Egy ilyen fúziós reaktor másodpercenként 250 pelletet robbanna fel, és nagy energiájú plazmát hozna létre, amelyet aztán egy fúvókába irányítanának, tolóerőt létrehozva.

Mint egy atomreaktorra épülő rakéta, ennek a koncepciónak is vannak előnyei az üzemanyag-hatékonyság és a fajlagos impulzus tekintetében. A becslések szerint a sebesség elérheti a 10 600 km/h-t, ami jóval meghaladja a hagyományos rakéták sebességhatárait. Sőt, ezt a technológiát alaposan tanulmányozták az elmúlt néhány évtizedben, és számos javaslat született.

Például 1973 és 1978 között a British Interplanetary Society tanulmányt végzett a Daedalus projekt megvalósíthatóságáról. A modern tudásra és a fúziós technológiára támaszkodva a tudósok egy kétlépcsős, pilóta nélküli tudományos szonda megépítését szorgalmazták, amely egy emberi életen belül elérheti a Barnard-csillagot (5,9 fényévnyire a Földtől).

Az első fokozat, a kettő közül a legnagyobb, 2,05 évig működne, és a fénysebesség 7,1%-ára gyorsítaná fel a járművet. Ezután ezt a fokozatot eldobják, a másodikat meggyújtják, és a készülék 1,8 év alatt a fénysebesség 12%-ára gyorsul. Ezután a második fokozat motorját leállítják, és a hajó 46 évig repül.

A Project Daedalus becslései szerint a küldetésnek 50 évbe telt volna elérnie a Barnard csillagát. Ha Proxima Centauriba, ugyanaz a hajó 36 év múlva ér oda. De természetesen a projekt sok megoldatlan problémát tartalmaz, különösen azokat, amelyeket a modern technológiákkal nem lehet megoldani - és ezek többségét még nem sikerült megoldani.

Például a Földön gyakorlatilag nincs hélium-3, ami azt jelenti, hogy máshol kell majd bányászni (valószínűleg a Holdon). Másodszor, a berendezést meghajtó reakció megköveteli, hogy a kibocsátott energia jelentősen meghaladja a reakció elindításához felhasznált energiát. És bár a Földön végzett kísérletek már túllépték a „kiegyenlítési pontot”, még mindig messze vagyunk attól az energiamennyiségtől, amely egy csillagközi űrhajót képes működtetni.

Harmadszor, egy ilyen hajó költségének kérdése továbbra is fennáll. Még a Project Daedalus pilóta nélküli jármű szerény szabványai szerint is egy teljesen felszerelt jármű 60 000 tonnát nyomna. A NASA SLS bruttó tömege valamivel több, mint 30 metrikus tonna, és csak a kilövés 5 milliárd dollárba kerül (2013-as becslések szerint).

Röviden: egy fúziós rakéta nem csak túl drága lenne megépíteni, hanem a képességeinket messze meghaladó szintű fúziós reaktorra is szükség lenne. Az Icarus Interstellar, az állampolgári tudósokból álló nemzetközi szervezet (akik közül néhányan a NASA-nak vagy az ESA-nak dolgoztak) az Icarus Projecttel próbálja újraéleszteni a koncepciót. A 2009-ben alakult csoport azt reméli, hogy a belátható jövőben lehetővé teszi a fúziós mozgalmat (és még többet).

Fúziós ramjet

A Bussard ramjet néven is ismert motort először Robert Bussard fizikus javasolta 1960-ban. Lényegében a szabványos fúziós rakéta továbbfejlesztése, amely mágneses mezőket használ a hidrogén-üzemanyag összenyomására a fúziós pontig. De egy ramjet esetében egy hatalmas elektromágneses tölcsér szívja el a hidrogént a csillagközi közegből, és tüzelőanyagként a reaktorba dobja.

Ahogy a jármű felgyorsul, a reaktív tömeg egy körülhatároló mágneses mezőbe kerül, amely addig sűríti, amíg meg nem kezdődik a termonukleáris fúzió. A mágneses mező ezután energiát irányít a rakéta fúvókájába, felgyorsítva a hajót. Mivel egyetlen üzemanyagtartály sem lassítja le, a fúziós ramjet a fénysebesség 4%-ának megfelelő sebességet érhet el, és bárhová eljuthat a galaxisban.

Ennek a küldetésnek azonban számos lehetséges hátránya van. Például a súrlódás problémája. Az űrszonda nagy sebességű üzemanyag-gyűjtésre támaszkodik, de nagy mennyiségű csillagközi hidrogénnel is találkozik majd, és veszít sebességéből – különösen a galaxis sűrű részein. Másodszor, kevés a deutérium és a trícium (amelyeket a Föld reaktoraiban használnak) az űrben, és az űrben bőségesen előforduló közönséges hidrogén szintézise még nem tartozik az irányításunk alá.

A sci-fi azonban beleszeretett ebbe a koncepcióba. A leghíresebb példa talán a Star Trek franchise, amely Bussard gyűjtőket használ. Valójában a fúziós reaktorokkal kapcsolatos ismereteink közel sem olyan jók, mint szeretnénk.

Lézer vitorla

A napvitorlákat régóta hatékony módszernek tartják a Naprendszer meghódítására. Amellett, hogy viszonylag egyszerű és olcsó a gyártás, van egy nagy előnyük: nem igényelnek üzemanyagot. Ahelyett, hogy tüzelőanyagot igénylő rakétákat használnának, a vitorla a csillagok sugárzási nyomását használja, hogy ultravékony tükröket nagy sebességre hajtson.

Csillagközi utazás esetén azonban egy ilyen vitorlát fókuszált energiasugarakkal (lézerrel vagy mikrohullámokkal) kell meghajtani ahhoz, hogy közel fénysebességre gyorsítsák fel. A koncepciót először Robert Forward, a Hughes Aircraft Laboratory fizikusa javasolta 1984-ben.

Elképzelése megőrzi a napvitorla előnyeit abban, hogy nincs szükség üzemanyagra a fedélzeten, és azt is, hogy a lézerenergia nem oszlik el távolról úgy, mint a napsugárzás. Így, bár a lézervitorlának némi időbe telik, hogy felgyorsuljon a közel fénysebességre, ezt követően csak maga a fénysebesség korlátozza.

Robert Frisby, a NASA Jet Propulsion Laboratory fejlett propulziós koncepciókkal foglalkozó kutatási igazgatója 2000-es tanulmánya szerint a lézervitorla kevesebb mint egy évtized alatt a fénysebesség felére gyorsulna fel. Kiszámolta azt is, hogy egy 320 kilométeres átmérőjű vitorla 12 év alatt elérheti a Proxima Centaurit. Eközben a 965 kilométer átmérőjű vitorla mindössze 9 év múlva érkezik.

Az olvadás elkerülése érdekében azonban egy ilyen vitorlát fejlett kompozit anyagokból kell építeni. Ami a vitorla méretéhez képest különösen nehéz lesz. A költségek még rosszabbak. Frisby szerint a lézerekhez 17 000 terawatt folyamatos energiaáramra lenne szükség, ami nagyjából annyi, amennyit az egész világ egy nap alatt elfogyaszt.

Antianyag motor

A sci-fi rajongók jól tudják, mi az antianyag. De ha elfelejtené, az antianyag olyan részecskékből áll, amelyek tömege megegyezik a normál részecskékkel, de ellentétes töltéssel. Az antianyag motor egy hipotetikus motor, amely az anyag és az antianyag közötti kölcsönhatásokra támaszkodik az energia vagy a tolóerő előállítása érdekében.

Röviden, az antianyag-motor hidrogént és antihidrogén-részecskéket használ, amelyek ütköznek egymással. A megsemmisítési folyamat során kibocsátott energia térfogatában összemérhető egy termonukleáris bomba felrobbanásának energiájával, amelyet szubatomi részecskék - pionok és müonok - áramlása kísér. Ezeket a részecskéket, amelyek a fénysebesség egyharmadával haladnak, egy mágneses fúvókába irányítják, és tolóerőt generálnak.

Ennek a rakétaosztálynak az az előnye, hogy az anyag/antianyag keverék tömegének nagy része energiává alakítható, ami nagy energiasűrűséget és bármely más rakétánál jobb fajlagos impulzust eredményez. Sőt, az annihilációs reakció a fénysebesség felére gyorsíthatja a rakétát.

Ez a rakétaosztály lesz a lehető leggyorsabb és legenergiahatékonyabb (vagy lehetetlen, de javasolt). Míg a hagyományos vegyi rakétákhoz több tonna üzemanyagra van szükség ahhoz, hogy egy űrhajót a célállomásra hajtsanak, az antianyag hajtómű ugyanezt a munkát néhány milligramm üzemanyaggal is ellátja. Fél kilogramm hidrogén és antihidrogén részecskék kölcsönös megsemmisítése több energiát szabadít fel, mint egy 10 megatonnás hidrogénbomba.

Ez az oka annak, hogy a NASA Advanced Concepts Institute kutatja ezt a technológiát, mint a jövőbeli Mars-küldetések lehetőségét. Sajnos, ha a közeli csillagrendszerekre irányuló küldetéseket fontolgatjuk, a szükséges üzemanyag mennyisége exponenciálisan növekszik, és a költségek csillagászativá válnak (nem szándékos szójáték).

A 39. AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit alkalmából készült jelentés szerint egy kétlépcsős antianyag-rakétához több mint 815 000 tonna hajtóanyagra lenne szükség ahhoz, hogy 40 év alatt elérje a Proxima Centaurit. Viszonylag gyors. De az ár...

Bár egy gramm antianyag hihetetlen mennyiségű energiát termel, mindössze egy gramm előállításához 25 millió milliárd kilowattóra energiára lenne szükség, és ezermilliárd dollárba kerülne. Jelenleg az emberek által létrehozott antianyag teljes mennyisége kevesebb, mint 20 nanogramm.

És még ha olcsón is tudnánk antianyagot előállítani, szükségünk lenne egy masszív hajóra, amely elbírja a szükséges mennyiségű üzemanyagot. Dr. Darrell Smith és Jonathan Webby, az arizonai Embry-Riddle Aeronautical University munkatársainak jelentése szerint egy antianyag-meghajtású csillagközi űrszonda elérheti a fénysebesség 0,5-szeresét, és alig több mint 8 év alatt elérheti a Proxima Centaurit. Maga a hajó azonban 400 tonnát nyomna, és 170 tonna antianyag üzemanyagra lenne szüksége.

Ennek egy lehetséges módja egy olyan edény létrehozása, amely antianyagot hoz létre, majd üzemanyagként használja fel. Ezt a koncepciót, amely a Vákuum-Antianyag Rakéta Interstellar Explorer Rendszer (VARIES) néven ismert, Richard Aubauzi, az Icarus Interstellar munkatársa javasolta. Az in situ újrahasznosítás ötlete alapján a VARIES jármű nagy lézereket használna (amelyek hatalmas napelemekkel működnek), hogy antianyag részecskéket hozzanak létre, amikor kilőnék az üres térbe.

A fúziós ramjet koncepcióhoz hasonlóan ez a javaslat az üzemanyag szállításának problémáját úgy oldja meg, hogy azt közvetlenül az űrből vonják ki. De ismét egy ilyen hajó költsége rendkívül magas lesz, ha modern módszereinkkel építjük. Egyszerűen nem tudunk hatalmas méretekben antianyagot létrehozni. Egy sugárzási probléma is megoldásra vár, mivel az anyag és az antianyag megsemmisülése nagyenergiájú gamma-sugarak kitöréseit eredményezi.

Nemcsak a legénységre jelentenek veszélyt, hanem a motorra is, hogy ne essen szét szubatomi részecskékre a sok sugárzás hatására. Röviden, az antianyag-motor a jelenlegi technológiánk mellett teljesen kivitelezhetetlen.

Alcubierre Warp Drive

A sci-fi rajongók kétségtelenül ismerik a warp drive (vagy Alcubierre drive) fogalmát. Az 1994-ben Miguel Alcubierre mexikói fizikus által javasolt ötlet egy olyan kísérlet volt, amely egy pillanatnyi mozgást képzel el a térben anélkül, hogy megsértené Einstein speciális relativitáselméletét. Röviden, ez a koncepció magában foglalja a téridő szövetének hullámmá nyújtását, ami elméletileg az objektum előtti tér összehúzódását, a mögötte lévő tér kitágulását okozná.

A hullám belsejében lévő objektum (a mi hajónk) képes lesz meglovagolni ezt a hullámot, mivel egy „láncbuborékban” van, sokkal nagyobb sebességgel, mint a relativisztikus. Mivel a hajó nem magában mozog a buborékban, hanem az hordozza, a relativitáselmélet és a téridő törvényei nem sérülnek. Ez a módszer lényegében nem foglalja magában a helyi értelemben vett fénysebességnél gyorsabb mozgást.

Csak abban az értelemben "gyorsabb a fénynél", hogy a hajó gyorsabban érheti el a célt, mint a láncbuborékon kívül haladó fénysugár. Feltéve, hogy az űrszonda Alcubierre rendszerrel van felszerelve, kevesebb mint 4 éven belül eléri a Proxima Centaurit. Ezért, ha az elméleti csillagközi űrutazásról van szó, ez messze a legígéretesebb technológia a sebesség szempontjából.

Természetesen ez az egész koncepció rendkívül ellentmondásos. Az ellenérvek között szerepel például, hogy nem veszi figyelembe a kvantummechanikát, és mindenre vonatkozó elmélettel (például a hurokkvantumgravitációval) megcáfolható. A szükséges energiamennyiség kiszámítása is azt mutatta, hogy a lánchajtás túlságosan falánk lenne. További bizonytalanságok közé tartozik egy ilyen rendszer biztonsága, a téridő hatások a célállomáson és az ok-okozati összefüggés megsértése.

2012-ben azonban a NASA tudósa, Harold White bejelentette, hogy kollégáival elkezdték vizsgálni egy Alcubierre-motor létrehozásának lehetőségét. White kijelentette, hogy olyan interferométert építettek, amely rögzíti a téridő tágulása és összehúzódása által okozott térbeli torzulásokat az Alcubierre-metrikában.

A Jet Propulsion Laboratory 2013-ban tette közzé a vákuumkörülmények között végzett vetemedési tesztek eredményeit. Sajnos az eredményeket „nem meggyőzőnek” minősítették. Hosszú távon azt tapasztalhatjuk, hogy az Alcubierre-metrika megsért egy vagy több alapvető természeti törvényt. És még ha fizikája helyesnek bizonyul is, nincs garancia arra, hogy az Alcubierre rendszer repülésre használható.

Általában minden a megszokott: túl korán születtél ahhoz, hogy a legközelebbi csillaghoz utazzon. Ha azonban az emberiség szükségét érzi egy „csillagközi bárka” megépítésének, amely befogadja az önfenntartó emberi társadalmat, körülbelül száz éven belül elérhető lesz a Proxima Centauri. Ha persze be akarunk fektetni egy ilyen rendezvényre.

Időben az összes rendelkezésre álló módszer rendkívül korlátozottnak tűnik. És bár az, hogy több százezer évet töltünk a legközelebbi csillagig utazással, kevéssé érdekelhet bennünket, ha saját túlélésünk forog kockán, az űrtechnológia fejlődésével a módszerek továbbra is rendkívül praktikusak maradnak. Mire bárkánk eléri a legközelebbi csillagot, technológiája elavulttá válik, és maga az emberiség már nem is létezhet.

Tehát hacsak nem érünk el jelentős áttörést a fúziós, antianyag- vagy lézertechnológiában, megelégszünk saját naprendszerünk feltárásával.

„Technology for Youth” 1991. 10. szám, 18-19.

Vlagyimir ASZJUKOVSZKIJ,
a műszaki tudományok kandidátusa,
Zsukovszkij, Moszkva régió.

Lehetséges a csillagközi utazás?

A sajtót az UFO-król szóló híradások hulláma lepte el. A szemtanúk azt állítják, hogy láttak egy UFO-t, amely egyértelműen ember alkotta. Nincs kétségük afelől, hogy megfigyelték az idegen civilizációk űrhajóit. Tudatunk azonban ezt nem hajlandó elfogadni: a naprendszer bolygói számára a Földön kívüli civilizációk jelenléte szinte lehetetlen, mert rajtuk nincs életfeltétel, legalábbis a felszínükön. Talán a felszín alatt? Nem valószínű, bár...

És más rendszerek bolygóin is lehet élet, de nagyon távol van tőlük: a legközelebbi 28 csillag 4 (Legközelebbi Centauri) és 13 fényév (Kapteyn csillaga) közötti tartományban található. Ezen az intervallumon belül helyezkednek el olyan csillagok, mint a Sirius A és B, a Procyon A és B, a Tau Ceti. Nincs közel! Ha a hajók oda-vissza repülnek fénysebességgel, akkor mindkét irányban 8-26 évre van szükségük, és ez csak a legközelebbi csillagokra vonatkozik. Nem számítva a gyorsításra és lassításra fordított időt. Ez aligha tanácsos, ami azt jelenti, hogy gyorsabban kell repülnie, mint a fény.

Nos, becsüljük meg, mennyi idő alatt lehet ilyen sebességre felgyorsulni (és fékezésre). Az áttekinthetőség kedvéért az eredményeket egy táblázatban foglaltuk össze, amelyből azonnal megtudhatja, hogy egy adott gyorsulásnál mennyi idő szükséges egy adott sebesség eléréséhez. Kiderül: ha feltételezzük, hogy egy egyirányú utazás megengedett időtartama egy hónap, akkor a fénysebesség soktíz nagyságrendű sebességével kell repülni, és gyorsulni (és lassítani) sok száz földi gyorsulás gyorsulása. Hááát!.. És mindehhez még energiát kell szereznünk valahonnan! Az ember óhatatlanul felteszi a kérdést: megvalósíthatók-e egyáltalán a csillagközi repülések? De akkor honnan jönnek az UFO-k? Ráadásul kihívóan viselkednek: hirtelen eltűnnek, derékszögben manővereznek, kibocsátanak valamit... Mi lenne, ha...

Végül is mire van szükségünk? Csak három kérdésre válaszolj:

1. Elvileg lehetséges-e a fénysebességet meghaladó sebességgel repülni? (Az iskolában arra tanítottak, hogy ne tegyem.)

2. Lehet-e erősen felgyorsítani a test tönkretétele nélkül? (A modern koncepciók szerint már 10-szeres túlterhelés a megengedett legnagyobb.)

3. Lehet-e energiát nyerni a gyorsításhoz és a fékezéshez? (A számítások azt mutatják, hogy ehhez a termonukleáris energia nem elég.)

Furcsa módon minden kérdésre – a zárójelben lévő szkeptikus megjegyzések ellenére – már ma is van pozitív válasz. Csak az A. Einstein által elrendelt tilalom miatt lehetetlen a fénysebességet meghaladó sebességgel repülni. De miért emelték a relativitáselméletét az abszolút igazság rangjára? Végül is posztulátumokból, vagyis a szerző találmányaiból indul ki, amelyek maguk is hamis premisszákon alapulnak. Például 1887-ben, a híres Michelson-kísérletben felfedezték az éteri szelet, bár annak erőssége a vártnál kisebbnek bizonyult (akkor még nem ismerték a határréteg fogalmát). Mi történik? Egyrészt az SRT - a speciális relativitáselmélet - nem létezhet, ha van éter. Másrészt a GTR - az általános relativitáselmélet - ahogy maga Einstein írta az „Az éterről” és az „Éter és a relativitáselmélet” című cikkekben, mindig feltételezi az éter jelenlétét. Hogyan lehet megérteni ezt az ellentmondást?

Az SRT-vel és GTR-rel kapcsolatos összes főbb kísérlet kritikai áttekintése (lásd „A relativitáselmélet logikai és kísérleti alapjai. Analitikai áttekintés.” M., MPI, 1990, 56 o.) azt mutatta, hogy ezek között nincs egyértelműen megerősítő bizonyíték. elmélet! Éppen ezért leértékelhető és itt nem számítható be. Ráadásul P. Laplace azt is megállapította, hogy a gravitációs zavarok terjedési sebessége nem kevesebb, mint 50 milliószor nagyobb, mint a fénysebesség, és az égi mechanika teljes tapasztalata, amely kizárólag statikus képletekkel működik, amelyek végtelenül nagy sebességet feltételeznek. a gravitáció terjedése megerősíti ezt. Röviden: nincs tiltás a fény alatti sebességre, ez téves riasztás volt.

Térjünk át a második kérdésre. Nézzük meg, hogyan gyorsul egy űrhajós? A rakétagázok az égéstér falát nyomják, ami rányomja a rakétát, a rakéta a szék háttámláját, a szék támlája pedig rányomja. A nyugalomban maradni igyekvő űrhajós teste, teljes tömege pedig deformálódik, és erős behatások hatására összeeshet. De ha ugyanaz az űrhajós valamelyik csillag gravitációs terébe esne, akkor bár sokkal gyorsabban gyorsulna, egyáltalán nem tapasztalna deformációt, mert testének minden eleme egyszerre és egyformán gyorsul. Ugyanez történik, ha étert fújunk egy űrhajósra. Ebben az esetben az éter áramlása - egy igazi viszkózus gáz - felgyorsítja az egyes protonokat és az űrhajós egészét, anélkül, hogy deformálná a testet (emlékezzünk A. Beljajev „Ariel” sci-fi regényére). Ráadásul a gyorsulásnak tetszőleges értéke lehet, mindaddig, amíg az áramlás egyenletes. Tehát itt is vannak lehetőségek.

És végül: honnan van energiád? Adataim szerint (lásd „Általános éterdinamika. Anyag- és mezőszerkezetek modellezése gázszerű éterről alkotott elképzelések alapján.” M., Energoatomizdat, 1990, 280 pp) az éter valódi finom szerkezetű, összenyomható gáz. és viszkózus. Igaz, a viszkozitása meglehetősen kicsi, és ennek gyakorlatilag nincs hatása a bolygók lassulására, de nagy sebességnél nagyon érezhető szerepet játszik. Az éternyomás óriási, több mint 2 x 10 in 29 atm (2 x 10 in 32 N/nm), sűrűsége - 8,85 x 10 in - 12 kg/köb. m (földközeli térben). És mint kiderült, van benne egy természetes folyamat, amely a tér bármely pontján, tetszőleges méretű adagokban korlátlan mennyiségű energiával tud ellátni minket... Örvényekről beszélünk.

Honnan nyerik a közönséges tornádók mozgási energiájukat? A légkör potenciális energiájából spontán jön létre. És vegye figyelembe: ha az utóbbit gyakorlatilag lehetetlen használni, akkor az elsőt lehet használni, például úgy, hogy egy tornádót kényszerítenek egy turbina forgatására. Mindenki tudja, hogy a tornádó törzsre hasonlít – vastagabb az alján. Ennek a körülménynek az elemzése azt mutatta, hogy a légköri nyomás összenyomja. A külső nyomás hatására a tornádó testében lévő gázrészecskék spirálisan mozognak a kompressziós folyamat során. A külső és belső nyomáserők különbsége (plusz centrifugális erő) a keletkező erőt a gázrészecskék pályájára vetíti (1. ábra), és felgyorsítja azokat a tornádó testében. Vékonyodik, falának mozgási sebessége megnő. Ebben az esetben a szögimpulzus megmaradásának törvénye mrv = const érvényes, és minél jobban összenyomódik a tornádó, annál nagyobb a mozgási sebesség. Így minden tornádón a bolygó teljes légköre működik; Energiája 1 kg/köbméter levegősűrűségen alapul. m, és 1 atm-nek megfelelő nyomás (10 in 5 N/m²). Az éterben pedig a sűrűség 11 nagyságrenddel kisebb, a nyomás viszont 29 (!) nagyságrenddel nagyobb. És az éternek is megvan a saját mechanizmusa, amely képes energiát szolgáltatni. Ez BL, gömbvillám.

A BL éter-dinamikus modellje az egyetlen (!), amely képes összességében megmagyarázni minden jellemzőjét. És ami ma hiányzik ahhoz, hogy az éterből környezetbarát energiát nyerjünk, az az, hogy megtanuljuk a mesterséges CMM létrehozását. Természetesen, miután megtanultuk, hogyan teremtsünk feltételeket az örvényképződéshez az éterben. De nemcsak hogy nem tudjuk, hogyan tegyük ezt, de még azt sem tudjuk, hogyan közelítsük meg. Rendkívül kemény dió! Egy dolog biztató: végül is a természetnek valahogy sikerül létrehoznia őket, ezeket a CMM-eket! És ha igen, akkor talán egyszer mi is képesek leszünk kezelni. És akkor nem lesz szükség mindenféle atomerőművekre, vízerőművekre, hőerőművekre, hőerőművekre, szélerőművekre, napelemekre és egyéb erőművekre. Bárhol tetszőleges mennyiségű energiával rendelkezik, az emberiség teljesen más módon közelíti meg a környezeti problémák megoldását. Persze feltéve, ha békésen kell élnie bolygóján, és mi a fenét, nem csak szülőföldje pusztul el, hanem az egész naprendszer is! Látod, energiával a probléma megoldható. Ugyanakkor ügyeljen egy fontos részletre - ezzel a módszerrel nem kell felgyorsítani és lelassítani az üzemanyag tömegét, amely most nagyban meghatározza a hajó tömegét.

Nos, mi a helyzet magával a csillagközi hajóval, hogyan kell megtervezni? Igen, legalábbis a már megszokott „repülő csészealj” formájában. (2. ábra) Elülső részén két „éterbeömlő” található, amelyek elnyelik az étert a környező térből. Mögöttük örvényképző kamrák vannak, amelyekben az éter örvénylően áramlik és öntömörödik. Tovább az örvénycsatornák mentén az éteri tornádók a megsemmisítő kamrába jutnak, ahol (azonos csavarmozgással, de ellentétes irányba irányítva; az ekével megsemmisítik egymást. A megsűrűsödött étert már nem korlátozza a határréteg, ill. felrobban, szétszóródik minden irányban A sugársugár visszadobódik, és előre - egy áramlás, amely befogja az egész hajót és az űrhajós testét, amely deformáció nélkül felgyorsul, és a hajó a fény előtt repül, a hétköznapi euklideszi térben ...

De mi a helyzet az ikrek paradoxonaival, a tömeg növekedésével és a hosszcsökkenéssel? De sehogy. Posztulátumok – ezek posztulátumok – szabad találmányok, a szabad képzelet gyümölcsei. És félre kell söpörni őket az őket megszülető „elmélettel”. Ha ugyanis eljött az idő, hogy az emberiség megoldja az alkalmazott problémákat, akkor azt semmilyen felfújt hatalomnak nem szabad megállítania a semmiből jött spekulatív gátjaikkal.

Jegyzet: Az említett könyvek megrendelhetők a következő címen: 140160, Zsukovszkij, Moszkvai régió, PO Box 285.