Научно-образовательный портал

Нaпримeр, мeжду 1973 и 1978 гoдaми Бритaнскoe мeжплaнeтнoe oбщeствo прoвeлo исслeдoвaниe вoзмoжнoсти прoeктa «Дeдaл». Eсли прeдпoлoжить, чтo кoсмичeский aппaрaт будeт oснaщeн систeмoй Aлькубьeррe, oн дoбeрeтся дo Прoксимы Цeнтaврa мeньшe чeм зa 4 гoдa. Рaйнeс и Улaм в 1947 гoду. Пo мaтeриaлaм Universe Today И пo крaйнeй мeрe три чeтвeрти этoгo вeсa будут приxoдиться нa ядeрныe бoмбы, кaждaя из кoтoрыx вeсит примeрнo oдну тoнну. Icarus Interstellar, мeждунaрoднaя oргaнизaция грaждaнскиx учeныx (нeкoтoрыe из кoтoрыx рaбoтaли в NASA или EКA), пытaeтся oживить кoнцeпцию с прoeктoм «Икaр». Этa кoнцeпция, извeстнaя кaк Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), былa прeдлoжeнa Ричaрдoм Oбaузи из Icarus Interstellar. Ядeрнaя силoвaя устaнoвкa
Ядeрнaя силoвaя устaнoвкa — этo тeoрeтичeски вoзмoжный «двигaтeль» для быстрoгo кoсмичeскoгo путешествия. В двух словах, проект «Орион» включает крупный космический аппарат, который набирает скорость за счет поддержки термоядерных боеголовок, выбрасывая бомбы позади и ускоряясь за счет взрывной волны, которая уходит в расположенный сзади «пушер», панель для толчка. С поправкой на инфляцию, эта сумма выливается в 2,5 триллиона долларов, это довольно много. В-третьих, остается вопрос стоимости такого судна. Концепцию первоначально предложил Станислав Улам в 1946 году, польско-американский математик, принимавший участие в Манхэттенском проекте, а предварительные расчеты сделали Ф. Термоядерный ПВРД
Известный также как ПВРД Буссарда, двигатель впервые предложил физик Роберт Буссард в 1960 году. Объект внутри этой волны (наш корабль) сможет ехать на этой волне, будучи в «варп-пузыре», со скоростью намного превышающей релятивистскую. Среди аргументов против, например, то, что она не принимает во внимание квантовую механику и может быть опровергнута теорией всего (вроде петлевой квантовой гравитации). Что касается времени, все доступные методы кажутся крайне ограниченными. Первая ступень, крупнейшая из двух, работала бы в течение 2,05 года и разогнать аппарат до 7,1% скорости света. Но если вы забыли, антиматерия — это вещество, состоящее из частиц, которые имеют такую же массу, как и обычные частицы, но противоположный заряд. Расчеты необходимого объема энергии также показали, что варп-двигатель будет непомерно прожорлив. Во-вторых, дейтерия и трития (которые используются в реакторах на Земле) в космосе немного, а синтез обычного водорода, которого много в космосе, пока нам неподвластен. Более того, реакция аннигиляции может разогнать ракету до половины скорости света. Собранная в 2009 году группа надеется сделать движение на синтезе (и другое) возможным в обозримом будущем. В реальности же наше понимание реакторов синтеза далеко не так прекрасно, как хотелось бы. Помимо того, что они относительно просты и дешевы в изготовлении, у них большой плюс: им не нужно топливо. После каждого толчка сила взрыва поглощается этой панелью и преобразуется в движение вперед. Ракеты на ядерном синтезе
Другая возможность использования ядерной энергии заключается в термоядерных реакциях для получения тяги. По мере того как аппарат набирает скорость, реактивная масса попадает в ограничивающее магнитное поле, которое сжимает ее до начала термоядерного синтеза. Разумеется, вся эта концепция чрезвычайно спорная. Если к Проксиме Центавра, то же судно доберется за 36 лет. Взаимное уничтожение полукилограмма частиц водорода и антиводорода высвобождает больше энергии, чем 10-мегатонная водородная бомба. Таким образом, хотя лазерному парусу потребуется некоторое время, чтобы разогнаться до околосветовой скорости, он впоследствии будет ограничен только скоростью самого света. Поскольку никакие топливные баки не будут его замедлять, термоядерный ПВРД может развить скорость порядка 4% световой и отправиться куда угодно в галактику. Путешествие будет мучительно долгим (даже по космическим меркам). Поскольку корабль не движется в самом пузыре, а переносится им, законы относительности и пространства-времени нарушаться не будут. И хотя эксперименты на Земле уже превзошли «точку безубыточности», мы еще далеки от тех объемов энергии, что смогут питать межзвездный аппарат. В долгосрочной перспективе мы можем выяснить, что метрика Алькубьерре нарушает один или несколько фундаментальных законов природы. К сожалению, если рассматривать миссии к ближайшим звездным системам, сумма необходимого топлива растет в геометрической прогрессии, и расходы становятся астрономическими (и это не каламбур). В рамках этой концепции, энергия должна создаваться во время воспламенения гранул смеси дейтерия и гелия-3 в реакционной камере инерционным удержанием с использованием электронных лучей (подобно тому, что делают в Национальном комплексе зажигания в Калифорнии). Короче говоря, двигатель на антивеществе совершенно непрактичен с учетом наших современных технологий. Преимущество такого класса ракет в том, что большую часть массы смеси материи/антиматерии можно преобразовать в энергию, что обеспечивает высокую плотность энергии и удельный импульс, превосходящий любую другую ракету. По данным исследования Роберта Фрисби в 2000 году, директора по исследованиям передовых двигательных концепций в Лаборатории реактивного движения NASA, лазерный парус разгонится до половины световой скорости меньше чем за десять лет. К примеру, на Земле практически нет гелия-3, а значит, его придется добывать в другом месте (вероятнее всего, на Луне). По сути, этот метод не включает движение быстрее скорости света в локальном смысле. Но опять же, стоимость такого корабля будет чрезвычайно высокой, если строить его нашими современными методами. Вместо использования ракет, нуждающихся в топливе, парус использует давление радиации звезд, чтобы разгонять сверхтонкие зеркала до высоких скоростей. Проект «Орион» был запущен в 1958 году и просуществовал до 1963-го. Он также рассчитал, что парус диаметром 320 километров мог бы добраться до Проксимы Центавра за 12 лет. Мы просто не в силах создавать антивещество в огромных масштабах. Так что если мы не осуществим крупный прорыв в сфере синтеза, антиматерии или лазерных технологий, мы будем довольствоваться изучением нашей собственной Солнечной системы. Космический аппарат полагается на высокую скорость сбора топлива, но вместе с тем будет сталкиваться с большим количеством межзвездного водорода и терять скорость — особенно в плотных регионах галактики. И даже если его физика окажется верной, нет никаких гарантий, что систему Алькубьерре можно использовать для полетов. Но цена…
Хотя один грамм антивещества производит невероятное количество энергии, производство одного только грамма потребует 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии и выльется в триллион долларов. Именно по этой причине Институт перспективных концепций NASA исследует эту технологию как возможную для будущих миссий на Марс. Двигатель на антиматерии
Любители научной фантастики хорошо знают, что такое антиматерия. Согласно докладу доктора Даррела Смита и Джонатана Вебби из Авиационного университета Эмбри-Риддл в штате Аризона, межзвездный корабль с двигателем на антивеществе мог бы набрать скорость в 0,5 световой и достичь Проксимы Центавра чуть больше чем за 8 лет. Считается, что именно по этой причине проект был свернут в рамках договора о частичном запрете испытаний от 1963 года, когда мировые правительства стремились ограничить ядерные испытания и остановить чрезмерный выброс радиоактивных осадков в атмосферу планеты. Они не только представляют опасность для экипажа, но и для двигателя, чтобы те не развалились на субатомные частицы под воздействием всей этой радиации. И если потратить сотни тысяч лет на путешествие к ближайшей звезде может нас мало интересовать, когда наше собственное выживание стоит на кону, по мере развития космических технологий, методы будут оставаться чрезвычайно непрактичным. В 2013 году Лаборатория реактивного движения опубликовала результаты испытаний варп-поля, которые проводились в условиях вакуума. Подобно ракете, которая полагается на ядерный реактор, эта концепция обладает преимуществами с точки зрения эффективности топлива и удельного импульса. И если червоточины и подпространственные двигатели на текущий момент являются абсолютно фантастическими, много лет существовали другие идеи, в реализацию которых мы верим. Но, конечно, проект включает массу нерешенных вопросов, в частности неразрешимых с использованием современных технологий — и большинство из них до сих пор не решены. Лазерный парус
Солнечные паруса давно считаются эффективным способом покорения Солнечной системы. Даже при самых скромных оценкам, аппарат будет крайне дорогим в производстве. Опираясь на современные знания и технологии термоядерного синтеза, ученые призвали к строительству двухступенчатого беспилотного научного зонда, который смог бы добраться до звезды Барнарда (5,9 светового года от Земли) за срок человеческой жизни. Уайт заявил, что они построили интерферометр, который будет улавливать пространственные искажения, произведенные расширением и сжатием пространства-времени метрики Алькубьерре. С одной стороны, корабль такого размера будет крайне дорого строить. Хотя по современным меркам эту конструкцию сложно назвать элегантной, преимущество концепции в том, что она обеспечивает высокую удельную тягу — то есть извлекает максимальное количество энергии из источника топлива (в данном случае ядерных бомб) при минимальных затратах. Есть еще небольшая проблема радиации, которую он будет излучать, не говоря уж о ядерных отходах. «Быстрее света» он только в том смысле, что корабль может достичь пункта назначения быстрее луча света, путешествующий за пределами варп-пузыря. Тем не менее, в случае межзвездного перелета, такой парус придется подталкивать сфокусированными лучами энергии (лазером или микроволнами), чтобы разгонять до скорости, близкой к световой. Тем не менее сам корабль весил бы 400 тонн и потребовал бы 170 тонн топлива из антивещества. Еще хуже обстоит дело с расходами. Его идея сохраняет преимущества солнечного паруса в том, что не требует топлива на борту, а также и в том, что лазерная энергия не рассеивается на расстоянии так же, как и солнечная радиация. Чтобы вы понимали, вес брутто NASA SLS чуть выше 30 метрических тонн, и один только запуск обойдется в 5 миллиардов долларов (по оценкам 2013 года). Если коротко, эта концепция включает растяжение ткани пространства-времени в волну, которая теоретически приведет к тому, что пространство перед объектом будет сжиматься, а позади — расширяться. Согласно отчету, подготовленному к 39-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference и Exhibit, двухступенчатая ракета на антивеществе потребует больше 815 000 метрических тонн топлива, чтобы добраться до Проксимы Центавра за 40 лет. Конечно, у этого проекта имеются неизбежные минусы. Тем не менее, если человечество почувствует необходимость построить «межзвездный ковчег», который будет вмещать самоподдерживающееся человеческое общество, добраться до Проксимы Центавра удастся лет за сто. Затем магнитное поле направляет энергию в сопло ракеты, ускоряя судно. Скромные подсчеты Дайсона показали, что общая стоимость строительства «Ориона» составила бы 367 миллиардов долларов. Более того, эта технология активно изучалась в течение последних нескольких десятилетий, и было сделано много предложений. Короче говоря, ракету на ядерном синтезе будет не только слишком дорого строить, но и потребуется уровень термоядерного реактора, намного превышающий наши возможности. По оценкам проекта «Дедал», миссии потребовалось бы 50 лет, чтобы достичь звезды Барнарда. По оценкам, которые сделал Дайсон в 1968 году, космический аппарат «Орион» на водородных бомбах весил бы от 400 000 до 4 000 000 метрических тонн. Это относительно быстро. Возможный способ обойти это — создать судно, которое будет создавать антивещество с последующим его использованием в качестве топлива. Впрочем, научная фантастика полюбила эту концепцию. И даже если бы мы могли задешево производить антиматерию, нам потребовался бы массивный корабль, который смог бы удерживать необходимое количество топлива. Кроме того, эта концепция может теоретически разгонять очень высокие скорости, по некоторым оценкам, до 5% от скорости света (5,4 х 107 км/ч).