موقعیت غیر سیستمی چقدر طول می کشد تا به نزدیکترین ستاره پرواز کنیم؟ فاصله نزدیکترین ستاره در سالهای نوری چقدر است؟

از زمان های قدیم، انسان نگاه خود را به آسمان معطوف کرده است، جایی که هزاران ستاره را دیده است. او را مجذوب خود کردند و به فکر فرو بردند. در طول قرن ها، دانش در مورد آنها انباشته و منظم شد. و هنگامی که مشخص شد که ستارگان فقط نقاط نورانی نیستند، بلکه اجرام کیهانی واقعی با اندازه عظیم هستند، شخصی رویا داشت - پرواز به سمت آنها. اما ابتدا باید مشخص می‌کردیم که چقدر دور هستند.

نزدیکترین ستاره به زمین

با استفاده از تلسکوپ و فرمول های ریاضیدانشمندان موفق شدند فاصله تا همسایگان کیهانی ما (به استثنای اجرام منظومه شمسی) را محاسبه کنند. بنابراین، کدام ستاره به زمین نزدیکتر است؟ معلوم شد که پروکسیما قنطورس کوچک است. این بخشی از یک منظومه سه گانه است که در فاصله تقریباً بیش از چهار سال نوری از منظومه شمسی قرار دارد (شایان ذکر است که ستاره شناسان اغلب از واحد اندازه گیری دیگری استفاده می کنند - پارسک). او را پروکسیما نامیدند که در لاتین به معنای نزدیکترین است. برای کیهان، این فاصله ناچیز به نظر می‌رسد، اما با سطح فعلی کشتی‌سازی فضایی، رسیدن به آن به بیش از یک نسل نیاز دارد.

پروکسیما قنطورس

در آسمان این ستاره فقط از طریق تلسکوپ قابل مشاهده است. تقریباً صد و پنجاه برابر ضعیف‌تر از خورشید می‌درخشد. همچنین از نظر اندازه بسیار کوچکتر از دومی است و دمای سطح آن دو برابر کمتر است. ستاره شناسان این ستاره و وجود سیارات در اطراف آن را بعید می دانند. و بنابراین هیچ فایده ای برای پرواز در آنجا وجود ندارد. اگرچه خود سیستم سه گانه مستحق توجه است - چنین اشیایی در جهان بسیار رایج نیستند. ستارگان موجود در آنها در مدارهای عجیب و غریب به دور یکدیگر می چرخند و گاهی همسایه خود را "بلع" می کنند.

فضای عمیق

بیایید چند کلمه در مورد دورترین شی کشف شده تاکنون در کیهان بگوییم. از بین آنهایی که بدون استفاده از دستگاههای نوری خاص قابل مشاهده هستند، این بدون شک سحابی آندرومدا است. روشنایی آن تقریباً یک چهارم قدر است. و به گفته اخترشناسان، نزدیکترین ستاره به زمین در این کهکشان از ما در فاصله دو میلیون سال نوری قرار دارد. بزرگی حیرت انگیز! از این گذشته، ما آن را مانند دو میلیون سال پیش می بینیم - به همین سادگی می توان به گذشته نگاه کرد! اما بیایید به "همسایگان" خود بازگردیم. نزدیک ترین کهکشان به ما یک کهکشان کوتوله است که می توان آن را در صورت فلکی قوس مشاهده کرد. او آنقدر به ما نزدیک است که عملاً او را جذب می کند! درست است، هنوز هشتاد هزار سال نوری طول می کشد تا به آن پرواز کنیم. این فاصله ها در فضاست! ابر ماژلانی ارزش صحبت کردن را ندارد. این ماهواره راه شیریتقریباً 170 میلیون سال نوری از ما عقب است.

نزدیکترین ستاره ها به زمین

پنجاه و یک مورد نسبتاً نزدیک به خورشید وجود دارد، اما ما فقط هشت مورد را فهرست می کنیم. بنابراین، ملاقات کنید:

پروکسیما قنطورس که قبلاً در بالا ذکر شد. فاصله - چهار سال نوری، کلاس M5.5 (کوتوله قرمز یا قهوه ای).
ستاره های آلفا قنطورس A و B. آنها 4.3 سال نوری از ما فاصله دارند. اشیاء کلاس D2 و K1 به ترتیب. آلفا قنطورس همچنین نزدیکترین ستاره به زمین است که از نظر دمایی مشابه خورشید ماست.
ستاره بارنارد - به آن "پرواز" نیز می گویند زیرا با سرعت زیاد (در مقایسه با سایر اجرام فضایی) حرکت می کند. در فاصله 6 سال نوری از خورشید قرار دارد. شی کلاس M3.8. در آسمان می توان آن را در صورت فلکی Ophiuchus یافت.
Wolf 359 در فاصله 7.7 سال نوری از ما قرار دارد. جرم قدر 16 در صورت فلکی دراکو. کلاس M5.8.
Lalande 1185 8.2 سال نوری از منظومه ما فاصله دارد. در کلاس Object M2.1 قرار دارد. قدر - 10.
Tau Ceti در فاصله 8.4 سال نوری از ما قرار دارد. ستاره کلاس M5,6.
سیستم سیریوس A و B هشت سال و نیم نوری از ما فاصله دارد. ستارگان کلاس A1 و DA.
راس 154 در صورت فلکی قوس. در فاصله 9.4 سال نوری از خورشید قرار دارد. ستاره کلاس M 3.6.

فقط اجرام فضایی واقع در شعاع ده سال نوری از ما در اینجا ذکر شده اند.

خورشید

با این حال، با نگاه کردن به آسمان، فراموش می کنیم که نزدیک ترین ستاره به زمین همچنان خورشید است. این مرکز سیستم ماست. بدون آن، زندگی روی زمین غیرممکن بود و سیاره ما همراه با این ستاره شکل گرفت. به همین دلیل سزاوار توجه ویژه است. کمی در مورد او خورشید مانند همه ستارگان عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. علاوه بر این، اولین مورد دائماً به آخرین مورد تبدیل می شود. در نتیجه عناصر سنگین تری نیز تشکیل می شوند. و هر چه ستاره بزرگتر باشد، بیشتر جمع می شوند.

از نظر سن، نزدیکترین ستاره به زمین دیگر جوان نیست، حدود پنج میلیارد سال سن دارد. ~ 2.10 33 گرم، قطر - 1،392،000 کیلومتر است. دمای سطح به 6000 کلوین می رسد. در وسط ستاره بالا می رود. جو خورشید از سه بخش تشکیل شده است: تاج، کروموسفر و فوتوسفر.

فعالیت خورشیدی به طور قابل توجهی بر زندگی روی زمین تأثیر می گذارد. استدلال می شود که آب و هوا، آب و هوا و وضعیت زیست کره به آن بستگی دارد. در مورد تناوب یازده ساله فعالیت خورشیدی شناخته شده است.

ستاره شناسان با استفاده از تلسکوپ های رصدخانه جنوبی اروپا (ESO) موفق به کشف شگفت انگیز دیگری شدند. این بار آنها شواهد قطعی از وجود یک سیاره فراخورشیدی را کشف کردند که به دور نزدیکترین ستاره به زمین، پروکسیما قنطورس، می چرخد. جهان، به نام پروکسیما قنطورس b، مدتهاست که توسط دانشمندان در سراسر زمین جستجو شده است. اکنون به لطف کشف آن مشخص شده است که دوره چرخش آن به دور ستاره بومی خود (یک سال) 11 روز زمینی است و دمای سطح این سیاره فراخورشیدی برای امکان یافتن آب مایع مناسب است. این دنیای سنگی خود کمی بزرگتر از زمین است و مانند ستاره، از همه این گونه اجرام فضایی به ما نزدیکتر شده است. علاوه بر این، این نه تنها نزدیکترین سیاره فراخورشیدی به زمین است، بلکه نزدیکترین جهان مناسب برای وجود حیات نیز هست.

پروکسیما قنطورس یک ستاره کوتوله سرخ است و در فاصله 4.25 سال نوری از ما قرار دارد. این ستاره به دلایلی نام خود را دریافت کرد - این تأیید دیگری بر نزدیکی آن به زمین است، زیرا پروکسیما از لاتین به عنوان "نزدیک ترین" ترجمه شده است. این ستاره در صورت فلکی قنطورس قرار دارد و درخشندگی آن به قدری ضعیف است که با چشم غیرمسلح کاملاً غیرممکن است متوجه شود و علاوه بر این، کاملاً به جفت ستاره بسیار درخشان α Centauri AB نزدیک است.

در نیمه اول سال 2016، پروکسیما قنطورس به طور منظم با استفاده از طیف نگار HARPS نصب شده بر روی تلسکوپ 3.6 متری در شیلی و همچنین به طور همزمان با تلسکوپ های دیگر از سراسر جهان مورد مطالعه قرار گرفت. این ستاره به عنوان بخشی از کمپین نقطه قرمز کم رنگ مورد مطالعه قرار گرفت که طی آن دانشمندان دانشگاه لندن ارتعاشات ستاره ناشی از حضور یک سیاره فراخورشیدی ناشناس را در مدار آن مطالعه کردند. نام این برنامه اشاره مستقیم به تصویر معروف زمین از نقاط دوردست منظومه شمسی است. سپس کارل ساگان این تصویر را (نقطه آبی) نامید. از آنجایی که پروکسیما قنطورس یک کوتوله قرمز است، نام برنامه تنظیم شد.

از آنجایی که این موضوع جستجوی سیارات فراخورشیدی علاقه عمومی گسترده ای را ایجاد کرد، پیشرفت دانشمندان در این کار به طور مداوم از اواسط ژانویه تا آوریل 2016 در وب سایت خود برنامه و از طریق رسانه های اجتماعی به صورت عمومی منتشر شد. این گزارش ها با مقالات متعددی که توسط کارشناسان از سراسر جهان نوشته شده بود، همراه بود.

ما اولین نشانه‌ها را در مورد احتمال وجود یک سیاره فراخورشیدی در اینجا دریافت کردیم، اما داده‌های ما بی‌نتیجه بود. از آن زمان ما سخت کار کرده ایم تا مشاهدات خود را با کمک رصدخانه اروپایی و سایر سازمان ها بهبود بخشیم. به عنوان مثال، برنامه ریزی این کمپین تقریباً دو سال طول کشید.

داده های کمپین نقطه قرمز کم رنگ، همراه با مشاهدات قبلی از ESO و دیگر رصدخانه ها، سیگنال واضحی از حضور یک سیاره فراخورشیدی را نشان می دهد. بسیار دقیق مشخص شده است که هر از گاهی پروکسیما قنطورس با سرعت 5 کیلومتر در ساعت که برابر با سرعت عادی انسان است به زمین نزدیک می شود و سپس با همان سرعت دور می شود. این چرخه منظم تغییرات در سرعت های شعاعی با یک دوره 11.2 روزه تکرار می شود. تجزیه و تحلیل دقیق تغییرات داپلر حاصل، حضور سیاره ای با جرم حداقل 1.3 برابر زمین را در فاصله 7 میلیون کیلومتری پروکسیما قنطورس، یعنی تنها 5 درصد از فاصله زمین تا خورشید، نشان داد. به طور کلی، چنین تشخیصی از نظر فنی تنها در 10 سال گذشته امکان پذیر شده است. اما، در واقع، سیگنال‌هایی با دامنه‌های کوچک‌تر قبلاً شناسایی شده‌اند. با این حال، ستاره ها توپ های صافی از گاز نیستند و پروکسیما قنطورس یک ستاره بسیار فعال است. بنابراین، تشخیص دقیق پروکسیما قنطورس b تنها پس از به دست آوردن شرح مفصلی از چگونگی تغییر ستاره در مقیاس های زمانی از چند دقیقه تا چند دهه و نظارت بر درخشندگی آن با تلسکوپ های نورسنجی امکان پذیر بود.

ما به بررسی داده ها ادامه دادیم تا مطمئن شویم سیگنالی که دریافت کرده ایم با آنچه کشف کرده بودیم مغایرت ندارد. این کار تا 60 روز دیگر هر روز انجام شد. پس از ده روز اول ما اعتماد به نفس داشتیم، بعد از 20 روز متوجه شدیم که سیگنال ما مطابق انتظار است و پس از 30 روز تمام داده ها به طور قطعی ادعای کشف سیاره فراخورشیدی پروکسیما قنطورس b را داشتند، بنابراین شروع به تهیه مقاله در مورد این رویداد کردیم.

کوتوله های سرخ مانند پروکسیما قنطورس ستاره های فعالی هستند و ترفندهای زیادی در زرادخانه خود دارند تا بتوانند حضور یک سیاره فراخورشیدی را در مدار خود تقلید کنند. برای حذف این خطا، محققان با استفاده از تلسکوپ ASH2 در رصدخانه San Pedro de Atacami در شیلی و شبکه تلسکوپ رصدخانه لاس کامبرس، تغییرات در روشنایی ستاره را زیر نظر گرفتند. اطلاعات مربوط به سرعت های شعاعی با افزایش درخشندگی ستاره از تحلیل نهایی حذف شد.

با وجود این واقعیت که پروکسیما قنطورس b بسیار نزدیکتر از عطارد به دور خورشید می چرخد، خود پروکسیما قنطورس بسیار کم نورتر از ستاره ماست. در نتیجه، سیاره فراخورشیدی کشف شده دقیقاً در ناحیه اطراف ستاره مناسب برای وجود حیات آنگونه که ما می شناسیم قرار دارد و دمای تخمینی سطح آن امکان حضور آب مایع را فراهم می کند. با وجود این مدار معتدل، شرایط روی سطح آن می‌تواند تا حد زیادی تحت تأثیر تشعشعات فرابنفش و شعله‌های اشعه ایکس از ستاره باشد، که بسیار شدیدتر از تأثیراتی است که خورشید بر روی زمین می‌گذارد.

توانایی واقعی این نوع سیاره برای پشتیبانی از آب مایع و داشتن حیاتی شبیه زمین، موضوعی است که بحث های شدید اما عمدتاً نظری است. استدلال اصلی علیه حضور حیات مربوط به نزدیکی پروکسیما قنطورس است. به عنوان مثال، شرایطی را می توان در پروکسیما قنطورس b ایجاد کرد که در آن یک طرف همیشه رو به ستاره باشد و باعث شب ابدی در یک نیمه و روز ابدی در سمت دیگر شود. اتمسفر سیاره همچنین می تواند به آرامی تبخیر شود یا شیمی پیچیده تری نسبت به زمین داشته باشد به دلیل اشعه ماوراء بنفش و قوی تابش اشعه ایکسبه خصوص در طول میلیارد سال اول زندگی یک ستاره. با این حال، تا کنون حتی یک استدلال به طور قطعی ثابت نشده است و بعید است که بدون شواهد رصدی مستقیم و به دست آوردن مشخصات دقیق جو سیاره حذف شوند.

دو کارهای فردیبه قابلیت سکونت Proxima Centauri b و آب و هوای آن اختصاص داده شده است. ثابت شده است که امروزه وجود آب مایع در سیاره را نمی توان منتفی دانست و در این صورت می تواند در سطح سیاره فقط در آفتابی ترین مناطق و یا در ناحیه نیمکره سیاره همیشه رو به رو باشد. ستاره (چرخش همزمان)، یا در منطقه گرمسیری (چرخش تشدید 3: 2). حرکت سریع پروکسیما قنطورس b به دور ستاره، تابش شدید پروکسیما قنطورس و تاریخچه شکل گیری این سیاره باعث شده است که آب و هوای آن کاملاً متفاوت از آب و هوای زمین باشد و بعید است که پروکسیما قنطورس b اصلا فصل داشته باشد.

به هر طریقی، این کشف آغازی برای رصدهای بیشتر در مقیاس بزرگ خواهد بود، هم با ابزارهای فعلی و هم با نسل بعدی تلسکوپ های غول پیکر، مانند European Extremely. تلسکوپ بزرگ(E-ELT). در سال های بعدی، Proxima Centauri b تبدیل خواهد شد هدف اصلیبرای جستجوی حیات در جای دیگری در کیهان. این کاملاً نمادین است، زیرا منظومه آلفا قنطورس نیز به عنوان هدف اولین تلاش بشر برای حرکت به منظومه ستاره ای دیگر انتخاب شد. پروژه Breakthrough Starshot یک پروژه تحقیقاتی و مهندسی در برنامه Breakthrough Initiatives برای توسعه مفهومی برای ناوگان فضاپیمای بادبان سبک به نام StarChip است. این نوع فضاپیما می‌تواند به منظومه ستاره‌ای آلفا قنطورس، در فاصله 4.37 سال نوری از زمین، بین 20 تا 15 درصد سرعت نور سفر کند که به ترتیب 20 تا 30 سال طول می‌کشد و حدود 4 سال دیگر به زمین اطلاع می‌دهد. ورود موفق

در خاتمه، می‌خواهم یادآوری کنم که بسیاری از روش‌های دقیق برای جستجوی سیارات فراخورشیدی مبتنی بر تجزیه و تحلیل عبور آن از صفحه ستاره و نور ستاره از جو آن است. در حال حاضر هیچ مدرکی مبنی بر عبور پروکسیما قنطورس b از روی دیسک ستاره مادرش وجود ندارد و فرصت‌های دیدن این رویداد در حال حاضر ناچیز است. با این حال، دانشمندان امیدوارند که کارایی ابزارهای رصدی در آینده افزایش یابد.

در مقطعی از زندگی، هر یک از ما این سوال را پرسیدیم: چقدر طول می کشد تا به سمت ستاره ها پرواز کنیم؟ آیا می توان چنین پروازی را در زندگی یک انسان انجام داد، آیا چنین پروازهایی می تواند به هنجار زندگی روزمره تبدیل شود؟ بسته به اینکه چه کسی سوال می کند، پاسخ های زیادی برای این سوال پیچیده وجود دارد. برخی ساده هستند، برخی دیگر پیچیده تر. برای یافتن پاسخ کامل، چیزهای زیادی برای در نظر گرفتن وجود دارد.

پاسخ به این سوال چندان ساده نیست

متاسفانه خیر برآوردهای واقعیهیچ راه حلی وجود ندارد که بتواند به یافتن چنین پاسخی کمک کند، و این امر آینده شناسان و علاقه مندان به سفرهای بین ستاره ای را ناامید می کند. چه بخواهیم چه نخواهیم، فضا بسیار بزرگ (و پیچیده) است و فناوری ما هنوز محدود است. اما اگر تصمیم بگیریم «لانه» خود را ترک کنیم، چندین راه برای رسیدن به نزدیکترین منظومه ستاره ای در کهکشان خود خواهیم داشت.

نزدیکترین ستاره به زمین ما، طبق طرح "توالی اصلی" هرتزسپرونگ-راسل، یک ستاره کاملاً "متوسط" است. این بدان معنی است که ستاره بسیار پایدار است و به اندازه کافی فراهم می کند نور خورشیدتا حیات در سیاره ما توسعه یابد. ما می دانیم که سیارات دیگری نیز در نزدیکی منظومه شمسی به دور ستارگان می چرخند و بسیاری از این ستارگان شبیه سیارات ما هستند.

جهان های احتمالی قابل سکونت در کیهان

در آینده، اگر بشریت بخواهد منظومه شمسی را ترک کند، انتخاب بزرگی از ستارگان برای رفتن خواهیم داشت و بسیاری از آنها ممکن است شرایط مساعد برای زندگی داشته باشند. اما کجا خواهیم رفت و چقدر طول می کشد تا به آنجا برسیم؟ به خاطر داشته باشید که همه اینها فقط حدس و گمان است و در حال حاضر هیچ دستورالعملی برای سفر بین ستاره ای وجود ندارد. خب همونطور که گاگارین گفت بریم!

همانطور که قبلاً اشاره شد ، نزدیکترین ستاره به ستاره ما منظومه شمسیپروکسیما قنطورس است، و بنابراین شروع برنامه ریزی یک ماموریت بین ستاره ای با آن بسیار منطقی است. پروکسیما که بخشی از منظومه ستاره‌ای سه‌گانه آلفا قنطورس است، 4.24 سال نوری (1.3 پارسک) از زمین فاصله دارد. آلفا قنطورس اساساً درخشان‌ترین ستاره از این سه منظومه است، که بخشی از یک منظومه دوتایی نزدیک در فاصله 4.37 سال نوری از زمین است - در حالی که پروکسیما قنطورس (کم نورترین از این سه) یک کوتوله قرمز جدا شده در فاصله 0.13 سال نوری از دوگانه است. سیستم

و اگرچه مکالمات در مورد سفر بین ستاره‌ای انواع سفرهای «سریع‌تر از سرعت نور» (FSL) را به ذهن متبادر می‌کند، از سرعت چرخش و کرم‌چاله گرفته تا موتورهای زیرفضایی، چنین نظریه‌هایی بالاترین درجهتخیلی هستند (مانند)، یا فقط در داستان های علمی تخیلی وجود دارند. هر ماموریتی در اعماق فضا برای چندین نسل ادامه خواهد داشت.

بنابراین، با شروع یکی از کندترین اشکال سفر فضایی، چقدر طول می کشد تا به پروکسیما قنطورس برسید؟

روش های مدرن

مسئله تخمین مدت سفر در فضا اگر شامل فناوری‌ها و اجسام موجود در منظومه شمسی باشد، بسیار ساده‌تر است. به عنوان مثال، با استفاده از فناوری استفاده شده توسط 16 موتور تک پیشرانه هیدرازین، می توان تنها در 8 ساعت و 35 دقیقه به ماه رسید.

ماموریت SMART-1 آژانس فضایی اروپا نیز وجود دارد که با استفاده از نیروی محرکه یونی خود را به سمت ماه پیش برد. با استفاده از این فناوری انقلابی که نسخه ای از آن توسط کاوشگر فضایی داون برای رسیدن به وستا نیز استفاده شد، ماموریت SMART-1 یک سال، یک ماه و دو هفته طول کشید تا به ماه برسد.

رانشگر یونی

از فضاپیمای موشکی سریع گرفته تا پیشرانه یونی کم مصرف، ما چند گزینه برای دور زدن فضای محلی داریم - به علاوه شما می توانید از مشتری یا زحل به عنوان یک تیرکمان گرانشی عظیم استفاده کنید. با این حال، اگر قصد داشته باشیم کمی جلوتر برویم، باید قدرت فناوری را افزایش دهیم و امکانات جدید را کشف کنیم.

وقتی در مورد روش‌های ممکن صحبت می‌کنیم، در مورد روش‌هایی صحبت می‌کنیم که شامل فناوری‌های موجود می‌شوند، یا روش‌هایی که هنوز وجود ندارند اما از نظر فنی امکان‌پذیر هستند. برخی از آنها، همانطور که خواهید دید، با زمان آزمایش و تایید شده اند، در حالی که برخی دیگر هنوز مورد سوال هستند. به طور خلاصه، آنها یک سناریوی ممکن، اما بسیار زمان بر و از نظر مالی گران برای سفر حتی به نزدیکترین ستاره ارائه می دهند.

حرکت یونی

در حال حاضر کندترین و مقرون به صرفه ترین نوع پیشرانه، پیشرانه یونی است. چند دهه پیش، پیشرانه یونی به عنوان ماده ای علمی تخیلی در نظر گرفته می شد. اما در سال های اخیرفن آوری های پشتیبانی از موتور یونی از تئوری به عمل و بسیار موفقیت آمیز حرکت کرده اند. ماموریت SMART-1 آژانس فضایی اروپا نمونه ای از ماموریت موفقیت آمیز به ماه در یک مارپیچ 13 ماهه از زمین است.

SMART-1 از موتورهای یونی با انرژی خورشیدی استفاده می‌کرد که در آن‌ها انرژی الکتریکی توسط پنل‌های خورشیدی جمع‌آوری می‌شد و برای تامین انرژی موتورهای اثر هال استفاده می‌شد. برای تحویل SMART-1 به ماه، تنها 82 کیلوگرم سوخت زنون مورد نیاز بود. 1 کیلوگرم سوخت زنون سرعت دلتا 45 متر بر ثانیه را فراهم می کند. این یک شکل حرکتی بسیار کارآمد است، اما از سریعترین آن فاصله زیادی دارد.

یکی از اولین ماموریت هایی که از فناوری پیشران یونی استفاده کرد، ماموریت Deep Space 1 به دنباله دار بورلی در سال 1998 بود. DS1 همچنین از موتور یون زنون استفاده می کرد و 81.5 کیلوگرم سوخت مصرف می کرد. پس از 20 ماه رانش، DS1 در زمان پرواز دنباله دار به سرعت 56000 کیلومتر در ساعت رسید.

موتورهای یونی مقرون به صرفه تر از فناوری موشک هستند، زیرا نیروی رانش آنها در واحد جرم پیشرانه (ضربه ویژه) بسیار بیشتر است. اما موتورهای یونی زمان زیادی برای شتاب گرفتن نیاز دارند فضاپیمابه سرعت های قابل توجهی می رسد و حداکثر سرعت به پشتیبانی سوخت و حجم تولید برق بستگی دارد.

بنابراین، اگر قرار بود از نیروی محرکه یونی در مأموریتی به سمت پروکسیما قنطورس استفاده شود، موتورها باید دارای یک منبع نیرو قدرتمند (قدرت هسته ای) و ذخایر سوخت زیادی (البته کمتر از موشک های معمولی) باشند. اما اگر از این فرض شروع کنیم که 81.5 کیلوگرم سوخت زنون به 56000 کیلومتر در ساعت تبدیل می شود (و هیچ گونه حرکت دیگری وجود نخواهد داشت)، می توان محاسباتی انجام داد.

با حداکثر سرعت 56000 کیلومتر در ساعت، اعماق فضای 181000 سال طول می کشد تا 4.24 سال نوری بین زمین و پروکسیما قنطورس را طی کند. با گذشت زمان، این حدود 2700 نسل از مردم است. به جرات می توان گفت که پیشرانه یونی بین سیاره ای برای یک ماموریت بین ستاره ای سرنشین دار بسیار کند خواهد بود.

اما اگر موتورهای یونی بزرگتر و قدرتمندتر باشند (یعنی سرعت خروج یون بسیار بالاتر خواهد بود)، اگر سوخت موشک کافی برای دوام کل 4.24 سال نوری وجود داشته باشد، زمان سفر به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. اما همچنان زندگی انسان به میزان قابل توجهی باقی خواهد ماند.

مانور جاذبه

سریع ترین راه برای سفر در فضا استفاده از کمک گرانشی است. این تکنیک شامل فضاپیما با استفاده از حرکت نسبی (یعنی مدار) و گرانش سیاره برای تغییر مسیر و سرعت آن است. مانورهای گرانشی یک تکنیک بسیار مفید برای پرواز فضایی است، به ویژه هنگامی که از زمین یا سیاره عظیم دیگری (مانند یک غول گازی) برای شتاب استفاده می شود.

فضاپیمای مارینر 10 اولین کسی بود که از این روش استفاده کرد و در فوریه 1974 از کشش گرانشی ناهید برای حرکت به سمت عطارد استفاده کرد. در دهه 1980، کاوشگر وویجر 1 از زحل و مشتری برای مانورهای گرانشی و شتاب تا 60000 کیلومتر در ساعت قبل از ورود به فضای بین ستاره ای استفاده کرد.

ماموریت هلیوس 2 که در سال 1976 آغاز شد و برای اکتشاف محیط بین سیاره ای بین 0.3 واحد AU در نظر گرفته شد. ه و 1 الف. e از خورشید، رکورد بالاترین سرعت توسعه یافته با استفاده از مانور گرانشی را دارد. در آن زمان، هلیوس 1 (که در سال 1974 پرتاب شد) و هلیوس 2 رکورد نزدیکترین نزدیک شدن به خورشید را داشتند. هلیوس 2 توسط یک موشک معمولی پرتاب شد و در مداری بسیار کشیده قرار گرفت.

ماموریت هلیوس

به دلیل خروج از مرکز (0.54) بالای مدار 190 روزه خورشیدی، هلیوس 2 توانست در حضیض هلیوس 2 به حداکثر سرعت بیش از 240000 کیلومتر در ساعت دست یابد. این سرعت مداری تنها به دلیل جاذبه گرانشی خورشید ایجاد شد. از نظر فنی، سرعت حضیض هلیوس 2 نتیجه یک مانور گرانشی نبود، بلکه حداکثر سرعت مداری آن بود، اما همچنان رکورد سریع ترین جسم ساخته شده توسط انسان را در اختیار دارد.

اگر وویجر 1 با سرعت ثابت 60000 کیلومتر در ساعت به سمت ستاره کوتوله سرخ پروکسیما قنطورس حرکت می کرد، 76000 سال (یا بیش از 2500 نسل) طول می کشید تا این فاصله را طی کند. اما اگر کاوشگر به سرعت رکورد هلیوس 2 برسد - سرعت پایدار 240000 کیلومتر در ساعت - 19000 سال (یا بیش از 600 نسل) طول می کشد تا 4243 سال نوری را طی کند. به طور قابل توجهی بهتر است، اگرچه تقریباً عملی نیست.

موتور الکترومغناطیسی EM Drive

روش دیگر پیشنهادی برای سفر بین ستاره ای EM Drive است. این موتور در سال 2001 توسط راجر شوئر، دانشمند بریتانیایی که شرکت تحقیقاتی پیشرانه ماهواره ای (SPR) را برای اجرای این پروژه ایجاد کرد، بر این ایده استوار است که حفره های مایکروویو الکترومغناطیسی می توانند به طور مستقیم الکتریسیته را به نیروی رانش تبدیل کنند.

EM Drive - موتور حفره رزونانس

در حالی که موتورهای الکترومغناطیسی سنتی برای به حرکت درآوردن یک جرم خاص (مانند ذرات یونیزه شده) طراحی شده اند، این سیستم پیشرانه خاص مستقل از پاسخ جرم است و تابش هدایت شده ساطع نمی کند. به طور کلی، این موتور با مقدار زیادی شک مواجه شد، عمدتاً به این دلیل که قانون بقای تکانه را نقض می کند، که بر اساس آن تکانه سیستم ثابت می ماند و نمی توان آن را ایجاد یا از بین برد، بلکه تنها تحت تأثیر نیرو تغییر می کند. .

با این حال، آزمایش های اخیر با این فناوری ظاهرا به نتایج مثبتی منجر شده است. در ژوئیه 2014، در پنجاهمین کنفرانس پیشرانه مشترک AIAA/ASME/SAE/ASEE در کلیولند، اوهایو، دانشمندان پیشرانه پیشرفته ناسا اعلام کردند که یک طرح پیشرانه الکترومغناطیسی جدید را با موفقیت آزمایش کرده اند.

در آوریل 2015، دانشمندان ناسا Eagleworks (بخشی از مرکز فضایی جانسون) گفتند که موتور را با موفقیت در خلاء آزمایش کرده‌اند که می‌تواند کاربردهای فضایی احتمالی را نشان دهد. در جولای همان سال، گروهی از دانشمندان بخش سیستم های فضایی درسدن دانشگاه صنعتینسخه خود را از موتور توسعه داد و نیروی رانش قابل توجهی را مشاهده کرد.

در سال 2010، پروفسور ژوانگ یانگ از نورث وسترن دانشگاه پلی تکنیکدر شیان، چین، شروع به انتشار مجموعه ای از مقالات در مورد تحقیقات خود در مورد فناوری EM Drive کرده است. در سال 2012، او توان ورودی بالا (2.5 کیلووات) و رانش ثبت شده 720 متر را گزارش کرد. همچنین در سال 2014 آزمایش‌های گسترده‌ای از جمله اندازه‌گیری دمای داخلی با ترموکوپل‌های داخلی انجام داد که نشان داد این سیستم کار می‌کند.

بر اساس محاسبات بر اساس نمونه اولیه ناسا (که تخمین زده می شد دارای توان 0.4 نیوتن بر کیلووات باشد)، یک فضاپیما با نیروی الکترومغناطیسی می تواند در کمتر از 18 ماه به پلوتو سفر کند. این 6 برابر کمتر از چیزی است که کاوشگر نیوهورایزنز که با سرعت 58000 کیلومتر در ساعت در حال حرکت بود، مورد نیاز است.

چشمگیر به نظر می رسد. اما حتی در این مورد، کشتی با موتورهای الکترومغناطیسی به مدت 13000 سال به سمت پروکسیما قنطورس پرواز خواهد کرد. بسته، اما هنوز کافی نیست. علاوه بر این، تا زمانی که تمام iها در این فناوری نقطه چین نشوند، صحبت در مورد استفاده از آن خیلی زود است.

حرکت حرارتی و الکتریکی هسته ای

امکان دیگر برای پرواز بین ستاره ای استفاده از فضاپیمای مجهز به موتورهای هسته ای است. ناسا چندین دهه است که در حال مطالعه چنین گزینه هایی است. یک موشک پیشران حرارتی هسته ای می تواند از راکتورهای اورانیوم یا دوتریوم برای گرم کردن هیدروژن در راکتور استفاده کند و آن را به گاز یونیزه (پلاسمای هیدروژن) تبدیل کند، که سپس به نازل موشک هدایت می شود و نیروی رانش ایجاد می کند.

من یک موشک هسته ای هستم

یک موشک با انرژی هسته‌ای از همان راکتور برای تبدیل گرما و انرژی به الکتریسیته استفاده می‌کند و سپس موتور الکتریکی را به حرکت در می‌آورد. در هر دو مورد، موشک به جای سوخت شیمیایی که همه آژانس‌های فضایی مدرن روی آن کار می‌کنند، به همجوشی یا شکافت هسته‌ای برای تولید نیروی رانش متکی است.

در مقایسه با موتورهای شیمیایی، موتورهای هسته ای مزایای غیر قابل انکاری دارند. اولاً، چگالی انرژی تقریباً نامحدودی در مقایسه با سوخت موشک دارد. علاوه بر این، یک موتور هسته ای نیز نیروی رانش قدرتمندی را نسبت به مقدار سوخت مصرفی ایجاد می کند. این امر باعث کاهش حجم سوخت مورد نیاز و در عین حال وزن و هزینه یک دستگاه خاص می شود.

اگرچه موتورهای هسته‌ای حرارتی هنوز به فضا پرتاب نشده‌اند، نمونه‌های اولیه ساخته و آزمایش شده‌اند و حتی موارد بیشتری نیز پیشنهاد شده‌اند.

با این حال، علیرغم مزایای مصرف سوخت و ضربه خاص، بهترین مفهوم موتور حرارتی هسته ای پیشنهادی دارای حداکثر ضربه ویژه 5000 ثانیه (50 کیلو نیوتن بر ثانیه بر کیلوگرم) است. دانشمندان ناسا با استفاده از موتورهای هسته‌ای که از شکافت یا همجوشی نیرو می‌گیرند، می‌توانند یک فضاپیما را تنها در 90 روز به مریخ برسانند، اگر سیاره سرخ در فاصله 55،000،000 کیلومتری زمین قرار داشته باشد.

اما وقتی نوبت به سفر به پروکسیما قنطورس می رسد، قرن ها طول می کشد تا یک موشک هسته ای به کسر قابل توجهی از سرعت نور برسد. سپس چندین دهه سفر و به دنبال آن چندین قرن بازداری در راه رسیدن به هدف طول خواهد کشید. ما هنوز 1000 سال با مقصدمان فاصله داریم. آنچه برای ماموریت های بین سیاره ای خوب است برای ماموریت های بین ستاره ای چندان خوب نیست.

نیروی محرکه هسته ای

پیشرانه هسته ای از نظر تئوری یک "موتور" ممکن برای سفرهای فضایی سریع است. این مفهوم در ابتدا توسط استانیسلاو اولام در سال 1946، ریاضیدان لهستانی-آمریکایی درگیر در 1946 پیشنهاد شد و محاسبات اولیه توسط F. Reines و Ulam در سال 1947 انجام شد. پروژه Orion در سال 1958 راه اندازی شد و تا سال 1963 ادامه داشت.

اوریون به رهبری تد تیلور از جنرال اتمیکس و فیزیکدان فریمن دایسون از موسسه مطالعات پیشرفته در پرینستون، از قدرت انفجارهای هسته ای پالسی برای ایجاد نیروی رانش عظیم با تکانه ویژه بسیار بالا استفاده می کند.

قرار بود اوریون از قدرت انفجارهای هسته ای پالسی استفاده کند

به طور خلاصه، پروژه اوریون شامل یک فضاپیمای بزرگ است که با پشتیبانی از کلاهک های گرما هسته ای، پرتاب بمب ها از پشت و شتاب گرفتن از موج انفجاری که به سمت یک "هلنده" نصب شده در پشت، یک پانل نیروی محرکه می رود، سرعت می گیرد. پس از هر بار فشار، نیروی انفجار توسط این پانل جذب شده و به حرکت رو به جلو تبدیل می شود.

اگرچه این طراحی بر اساس استانداردهای مدرن به سختی ظریف است، اما مزیت این مفهوم این است که نیروی رانش ویژه بالایی را فراهم می کند - یعنی حداکثر انرژی را از منبع سوخت استخراج می کند (در در این موردبمب های هسته ای) با حداقل هزینه. علاوه بر این، این مفهوم از نظر تئوری می تواند به سرعت های بسیار بالایی دست یابد، برخی تا 5 درصد سرعت نور (5.4 x 107 کیلومتر در ساعت) را تخمین می زنند.

البته این پروژه دارای معایب اجتناب ناپذیری است. از یک طرف، ساخت یک کشتی با این اندازه بسیار گران خواهد بود. دایسون در سال 1968 تخمین زد که فضاپیمای Orion بمب های هیدروژنیبین 400000 تا 4000000 تن وزن داشت. و حداقل سه چهارم این وزن از بمب‌های هسته‌ای به دست می‌آید که هر کدام حدود یک تن وزن دارند.

محاسبات محافظه کارانه دایسون نشان داد که کل هزینه ساخت Orion 367 میلیارد دلار خواهد بود. با تعدیل تورم، این مقدار به 2.5 تریلیون دلار می رسد که بسیار زیاد است. حتی با محافظه کارانه ترین تخمین ها، تولید این دستگاه بسیار گران خواهد بود.

همچنین مشکل کوچک تشعشعاتی که از خود ساطع می کند، وجود دارد، نه اینکه به زباله های هسته ای اشاره کنیم. اعتقاد بر این است که به همین دلیل است که این پروژه به عنوان بخشی از معاهده منع آزمایش نسبی در سال 1963، زمانی که دولت های جهانی به دنبال محدود کردن آزمایش های هسته ای و توقف انتشار بیش از حد مواد رادیواکتیو در جو سیاره بودند، لغو شد.

راکت های فیوژن

امکان دیگر استفاده از انرژی هسته ای از طریق واکنش های حرارتی هسته ای برای تولید نیروی رانش است. در این مفهوم، انرژی با احتراق گلوله‌های مخلوط دوتریوم و هلیوم-3 در یک محفظه واکنش با محصور کردن اینرسی با استفاده از پرتوهای الکترونی (مشابه کاری که در مرکز احتراق ملی در کالیفرنیا انجام می‌شود) ایجاد می‌شود. بنابراین ترمو راکتور هسته ای 250 گلوله در ثانیه منفجر می شود و پلاسمای پرانرژی ایجاد می کند که سپس به داخل نازل هدایت می شود و نیروی رانش ایجاد می کند.

پروژه Daedalus هرگز نور روز را ندید

مانند موشکی که به یک راکتور هسته ای متکی است، این مفهوم از نظر بهره وری سوخت و ضربه خاص دارای مزایایی است. سرعت تخمین زده می شود که به 10600 کیلومتر در ساعت برسد که بسیار فراتر از محدودیت سرعت راکت های معمولی است. علاوه بر این، این فناوری در چند دهه گذشته به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و پیشنهادات زیادی ارائه شده است.

برای مثال، بین سال‌های 1973 و 1978، انجمن بین سیاره‌ای بریتانیا مطالعه‌ای در مورد امکان‌سنجی پروژه Daedalus انجام داد. با تکیه بر دانش مدرن و فناوری همجوشی، دانشمندان خواستار ساخت یک کاوشگر علمی بدون سرنشین دو مرحله ای شده اند که می تواند در طول عمر انسان به ستاره بارنارد (5.9 سال نوری از زمین) برسد.

مرحله اول، بزرگترین مرحله از این دو، به مدت 2.05 سال کار می کند و سرعت سفینه را تا 7.1٪ سرعت نور افزایش می دهد. سپس این مرحله دور انداخته می‌شود، مرحله دوم مشتعل می‌شود و دستگاه در 1.8 سال به 12 درصد سرعت نور می‌رسد. سپس موتور مرحله دوم خاموش می شود و کشتی به مدت 46 سال پرواز می کند.

موافقم، خیلی زیبا به نظر می رسد!

پروژه Daedalus تخمین می زند که این ماموریت 50 سال طول می کشد تا به ستاره بارنارد برسد. اگر به پروکسیما قنطورس برسد، همان کشتی 36 سال دیگر به آنجا خواهد رسید. اما، البته، این پروژه شامل موارد زیادی است مسائل حل نشده، به ویژه غیرقابل حل با استفاده از فن آوری مدرن - و بسیاری از آنها هنوز هم حل نشده اند.

به عنوان مثال، عملاً هلیوم-3 روی زمین وجود ندارد، به این معنی که باید در جای دیگری (به احتمال زیاد در ماه) استخراج شود. دوم، واکنشی که دستگاه را به حرکت در می آورد مستلزم آن است که انرژی ساطع شده به طور قابل توجهی از انرژی صرف شده برای شروع واکنش بیشتر باشد. و اگرچه آزمایشات روی زمین قبلاً از "نقطه سربه سر" فراتر رفته است، ما هنوز با حجم انرژی که می تواند یک فضاپیمای بین ستاره ای را تامین کند فاصله داریم.

ثالثاً، سؤال در مورد هزینه چنین کشتی باقی می ماند. حتی با استانداردهای متوسط خودروی بدون سرنشین Project Daedalus، یک وسیله نقلیه کاملاً مجهز 60000 تن وزن دارد. برای اینکه ایده ای به شما بدهم، وزن ناخالص ناسا SLS کمی بیش از 30 تن متریک است و پرتاب به تنهایی 5 میلیارد دلار هزینه خواهد داشت (تخمین های 2013).

به طور خلاصه، نه تنها ساخت یک موشک همجوشی بسیار گران است، بلکه به سطحی از راکتور همجوشی بسیار فراتر از توانایی های ما نیاز دارد. ایکاروس بین ستاره ای، سازمان بین المللیشهروند دانشمندان (که برخی از آنها برای ناسا یا ESA کار می کردند) در تلاش هستند تا این مفهوم را با پروژه ایکاروس احیا کنند. این گروه که در سال 2009 تشکیل شد، امیدوار است که جنبش همجوشی (و بیشتر) را برای آینده قابل پیش بینی ممکن کند.

رام جت فیوژن

این موتور که به نام رام جت Bussard نیز شناخته می شود، اولین بار توسط فیزیکدان رابرت بوسارد در سال 1960 پیشنهاد شد. در هسته خود، این یک پیشرفت در موشک گرما هسته ای استاندارد است که از آن استفاده می کند میدان های مغناطیسیبرای فشرده سازی سوخت هیدروژن به نقطه ماشه همجوشی. اما در مورد رم جت، یک قیف الکترومغناطیسی عظیم، هیدروژن را از محیط بین ستاره ای می مکد و آن را به عنوان سوخت به رآکتور می ریزد.

با افزایش سرعت خودرو، جرم راکتیو وارد یک میدان مغناطیسی محدود می شود که آن را فشرده می کند تا همجوشی حرارتی هسته ای آغاز شود. سپس میدان مغناطیسی انرژی را به سمت نازل موشک هدایت می‌کند و به کشتی سرعت می‌بخشد. از آنجایی که هیچ مخزن سوختی سرعت آن را کاهش نمی دهد، یک رم جت همجوشی می تواند به سرعتی در حدود 4 درصد سرعت نور برسد و به هر نقطه از کهکشان سفر کند.

با این حال، معایب بالقوه زیادی برای این ماموریت وجود دارد. مثلا مشکل اصطکاک. این فضاپیما به میزان بالایی از جمع آوری سوخت متکی است، اما همچنین با مقادیر زیادی هیدروژن بین ستاره ای روبرو می شود و سرعت خود را از دست می دهد - به ویژه در مناطق متراکم کهکشان. ثانیاً، دوتریوم و تریتیوم کمی (که در راکتورهای روی زمین استفاده می‌شوند) در فضا وجود دارد و سنتز هیدروژن معمولی که در فضا فراوان است، هنوز در کنترل ما نیست.

با این حال، داستان های علمی تخیلی عاشق این مفهوم شدند. بیشترین مثال معروفشاید فرنچایز Star Trek باشد که از "Bussard Collectors" استفاده می کند. در واقع، درک ما از راکتورهای همجوشی تقریباً آنقدر که می‌خواهیم خوب نیست.

بادبان لیزری

بادبان های خورشیدی از دیرباز مورد توجه بوده است به روشی کارآمدفتح منظومه شمسی علاوه بر این واقعیت که ساخت آنها نسبتاً ساده و ارزان است، یک مزیت بزرگ نیز دارند: نیازی به سوخت ندارند. بادبان به جای استفاده از موشک هایی که به سوخت نیاز دارند، از فشار تشعشع ستارگان استفاده می کند تا آینه های بسیار نازک را به سرعت های بالا سوق دهد.

با این حال، در مورد سفر بین ستاره‌ای، چنین بادبانی باید توسط پرتوهای متمرکز انرژی (لیزر یا امواج مایکروویو) به پیش رانده شود تا آن را به سرعت نور نزدیک کند. این مفهوم برای اولین بار توسط رابرت فوروارد در سال 1984، فیزیکدان آزمایشگاه هواپیمای هیوز ارائه شد.

چه چیزی در فضا زیاد است؟ درست است - نور خورشید

ایده او مزایای بادبان خورشیدی را حفظ می کند زیرا به سوخت در کشتی نیاز ندارد و همچنین انرژی لیزر مانند تابش خورشید در مسافتی از بین نمی رود. بنابراین، اگرچه بادبان لیزری مدتی طول می کشد تا به سرعت نور نزدیک شود، اما متعاقباً فقط با سرعت خود نور محدود می شود.

بر اساس مطالعه سال 2000 توسط رابرت فریزبی، مدیر تحقیقات مفاهیم پیشرانه پیشرفته در آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا، یک بادبان لیزری در کمتر از یک دهه به نصف سرعت نور شتاب خواهد داشت. او همچنین محاسبه کرد که بادبانی با قطر 320 کیلومتر می تواند در 12 سال به پروکسیما قنطورس برسد. این در حالی است که بادبان با قطر 965 کیلومتر تنها 9 سال دیگر از راه می رسد.

با این حال، برای جلوگیری از ذوب شدن، چنین بادبانی باید از مواد کامپوزیتی پیشرفته ساخته شود. که با توجه به اندازه بادبان بسیار دشوار خواهد بود. هزینه ها حتی بدتر است. طبق گفته Frisby، لیزرها به جریان ثابتی از 17000 تراوات انرژی نیاز دارند که تقریباً همان چیزی است که کل جهان در یک روز مصرف می کند.

موتور ضد ماده

طرفداران داستان های علمی تخیلی به خوبی می دانند که ضد ماده چیست. اما اگر فراموش کردید، پادماده ماده‌ای است که از ذراتی تشکیل شده است که جرمی برابر با ذرات معمولی دارند اما بار مخالف دارند. موتور پادماده یک موتور فرضی است که برای تولید انرژی یا رانش متکی بر فعل و انفعالات بین ماده و پادماده است.

موتور فرضی ضد ماده

به طور خلاصه، یک موتور ضد ماده از ذرات هیدروژن و پاد هیدروژن استفاده می کند که با هم برخورد می کنند. انرژی ساطع شده در طول فرآیند نابودی از نظر حجم با انرژی انفجار یک بمب گرما هسته ای همراه با جریانی از ذرات زیر اتمی - پیون ها و میون ها قابل مقایسه است. این ذرات که با یک سوم سرعت نور حرکت می کنند، به یک نازل مغناطیسی هدایت می شوند و نیروی رانش تولید می کنند.

مزیت این دسته از موشک‌ها این است که بیشتر جرم مخلوط ماده/ضد ماده می‌تواند به انرژی تبدیل شود و در نتیجه چگالی انرژی بالا و ضربه خاصی برتر از هر موشک دیگری است. علاوه بر این، واکنش نابودی می‌تواند سرعت موشک را تا نصف سرعت نور افزایش دهد.

این دسته از موشک‌ها سریع‌ترین و کم مصرف‌ترین موشک‌های ممکن (یا غیرممکن، اما پیشنهادی) خواهند بود. در حالی که موشک های شیمیایی معمولی به تن ها سوخت نیاز دارند تا فضاپیما را به مقصد برساند، یک موتور ضد ماده همین کار را تنها با چند میلی گرم سوخت انجام می دهد. تخریب متقابل نیم کیلوگرم ذرات هیدروژن و آنتی هیدروژن انرژی بیشتری نسبت به یک بمب هیدروژنی 10 مگاتنی آزاد می کند.

به همین دلیل است که موسسه مفاهیم پیشرفته ناسا در حال تحقیق بر روی این فناوری به عنوان امکانی برای ماموریت های آینده به مریخ است. متأسفانه اگر مأموریت ها را به نزدیک ترین زمان در نظر بگیریم سیستم های ستاره ای، مقدار سوخت مورد نیاز به طور تصاعدی رشد می کند و هزینه ها نجومی می شود (بدون جناس).

نابودی چگونه به نظر می رسد؟

بر اساس گزارشی که برای سی و نهمین کنفرانس و نمایشگاه پیشرانه مشترک AIAA/ASME/SAE/ASEE تهیه شده است، یک موشک ضد ماده دو مرحله ای برای رسیدن به پروکسیما قنطورس در 40 سال به بیش از 815000 تن پیشران نیاز دارد. نسبتا سریع است. اما قیمت ...

اگرچه یک گرم پادماده مقدار باورنکردنی انرژی تولید می کند، اما تولید تنها یک گرم به 25 میلیون کیلووات ساعت انرژی نیاز دارد و یک تریلیون دلار هزینه دارد. در حال حاضر، مقدار کل پادماده ای که توسط انسان ایجاد شده است کمتر از 20 نانوگرم است.

و حتی اگر بتوانیم پاد ماده را ارزان تولید کنیم، به یک کشتی عظیم نیاز داریم که بتواند مقدار مورد نیاز سوخت را در خود جای دهد. طبق گزارش دکتر دارل اسمیت و جاناتان وبی از دانشگاه هوانوردی Embry-Riddle در آریزونا، یک فضاپیمای بین‌ستاره‌ای با نیروی ضد ماده می‌تواند به سرعت 0.5 برابر سرعت نور برسد و در کمتر از 8 سال به پروکسیما قنطورس برسد. با این حال، خود کشتی 400 تن وزن دارد و به 170 تن سوخت ضد ماده نیاز دارد.

یک راه ممکن برای حل این مشکل، ایجاد کشتی‌ای است که پادماده را ایجاد کند و سپس از آن به عنوان سوخت استفاده کند. این مفهوم، که به عنوان سیستم کاوشگر بین ستاره‌ای راکت خلاء به ضد ماده (VARIES) شناخته می‌شود، توسط ریچارد اوابوزی از Icarus Interstellar ارائه شد. بر اساس ایده بازیافت در محل، وسیله نقلیه VARIES از لیزرهای بزرگ (که توسط پنل های خورشیدی عظیم نیرو می گیرد) برای ایجاد ذرات ضد ماده در هنگام شلیک به فضای خالی استفاده می کند.

مشابه مفهوم ramjet فیوژن، این پیشنهاد مشکل حمل و نقل سوخت را با استخراج مستقیم از فضا حل می کند. اما باز هم هزینه چنین کشتی در صورتی که توسط ما ساخته شود بسیار بالا خواهد بود روش های مدرن. ما به سادگی نمی توانیم پادماده را در مقیاس بزرگ ایجاد کنیم. همچنین یک مشکل تشعشع وجود دارد که باید حل شود، زیرا از بین رفتن ماده و پادماده انفجارهای پرتوهای گامای پرانرژی ایجاد می کند.

آنها نه تنها برای خدمه، بلکه برای موتور نیز خطرناک هستند تا تحت تأثیر آن همه تشعشع به ذرات زیر اتمی متلاشی نشوند. به طور خلاصه، یک موتور ضد ماده با توجه به فناوری فعلی ما کاملاً غیر عملی است.

Alcubierre Warp Drive

طرفداران داستان های علمی تخیلی بدون شک با مفهوم Warp Drive (یا درایو Alcubierre) آشنا هستند. این ایده توسط فیزیکدان مکزیکی میگل آلکوبیر در سال 1994 پیشنهاد شد، این ایده تلاشی برای تصور حرکت آنی در فضا بدون نقض نظریه نسبیت خاص انیشتین بود. به طور خلاصه، این مفهوم شامل کشش بافت فضازمان به یک موج است، که از نظر تئوری باعث می شود فضای جلوی یک جسم منقبض شود و فضای پشت آن گسترش یابد.

جسمی در داخل این موج (کشتی ما) با قرار گرفتن در "حباب تار" با سرعتی بسیار بالاتر از نسبیتی قادر به سوار شدن بر این موج خواهد بود. از آنجایی که کشتی در خود حباب حرکت نمی کند، بلکه توسط آن حمل می شود، قوانین نسبیت و فضا-زمان نقض نمی شود. اساساً، این روش شامل حرکت سریعتر از سرعت نور به معنای محلی نیست.

"سریعتر از نور" تنها به این معنا است که کشتی می تواند سریعتر از یک پرتو نوری که خارج از حباب پیچ و تاب حرکت می کند به مقصد برسد. با فرض تجهیز فضاپیما به سیستم Alcubierre، کمتر از 4 سال دیگر به پروکسیما قنطورس خواهد رسید. بنابراین، وقتی صحبت از سفر فضایی بین ستاره‌ای به میان می‌آید، این فناوری امیدوارکننده‌ترین فناوری از نظر سرعت است.

البته کل این مفهوم به شدت بحث برانگیز است. از جمله ادله مخالف، مثلاً این است که به حساب نمی آید مکانیک کوانتومیو می توان آن را رد کرد (مانند گرانش کوانتومی حلقه). محاسبات مقدار انرژی مورد نیاز نیز نشان داد که درایو تار به شدت حریص خواهد بود. سایر عدم قطعیت ها شامل ایمنی چنین سیستمی، اثرات فضا-زمان در مقصد و نقض علیت است.

با این حال، در سال 2012، دانشمند ناسا، هارولد وایت، اعلام کرد که همراه با همکارانش، موتور Alcubierre. وایت اظهار داشت که آنها یک تداخل سنج ساخته اند که می تواند اعوجاج های فضایی ناشی از انبساط و انقباض فضازمان در متریک Alcubierre را ثبت کند.

در سال 2013، آزمایشگاه پیشرانه جت نتایج آزمایش‌های میدانی تار انجام شده در شرایط خلاء را منتشر کرد. متأسفانه، نتایج "بی نتیجه" در نظر گرفته شد. در دراز مدت، ممکن است متوجه شویم که متریک Alcubierre یک یا چند قانون اساسی طبیعت را نقض می کند. و حتی اگر فیزیک آن صحت داشته باشد، هیچ تضمینی وجود ندارد که بتوان از سیستم Alcubierre برای پرواز استفاده کرد.

به طور کلی، همه چیز مثل همیشه است: شما برای سفر به نزدیکترین ستاره خیلی زود به دنیا آمده اید. با این حال، اگر بشریت نیاز به ساخت یک "کشتی بین ستاره ای" را احساس کند که حاوی یک کشتی خودپایه باشد. جامعه انسانی، حدود صد سال طول می کشد تا به پروکسیما قنطورس برسید. البته اگر بخواهیم در چنین رویدادی سرمایه گذاری کنیم.

از نظر زمان، به نظر می رسد همه روش های موجود بسیار محدود هستند. و در حالی که گذراندن صدها هزار سال برای سفر به نزدیکترین ستاره ممکن است زمانی که بقای خودمان در خطر است برای ما چندان جالب نباشد، با پیشرفت فناوری فضایی، روش‌ها بسیار غیرعملی باقی خواهند ماند. زمانی که کشتی ما به نزدیکترین ستاره برسد، فناوری آن منسوخ خواهد شد و خود بشریت ممکن است دیگر وجود نداشته باشد.

بنابراین، تا زمانی که پیشرفت بزرگی در فناوری همجوشی، ضد ماده یا لیزر نداشته باشیم، به کاوش در منظومه شمسی خود راضی خواهیم بود.

فاصله زمین تا نزدیکترین ستاره پروکسی قنطورس چقدر است؟

در نظر بگیرید - 3.87 سال نوری * برای 365 روز * 86400 (تعداد ثانیه در روز) * 300000 (سرعت نور کیلومتر بر ثانیه) = (تقریبا) مانند ولادیمیر اوستینوف، و خورشید ما فقط 150 میلیون کیلومتر است.
شاید ستاره‌هایی نزدیک‌تر باشند (خورشید به حساب نمی‌آید)، اما آنها بسیار کوچک هستند (مثلاً یک کوتوله سفید)، اما هنوز کشف نشده‌اند. 4 سال نوری هنوز خیلی دور است((((((
نزدیکترین ستاره به خورشید، پروکسیما قنطورس. قطر آن هفت برابر کمتر از قطر خورشید است و همین امر در مورد جرم آن نیز صدق می کند. درخشندگی آن 0.17 درصد درخشندگی خورشید یا تنها 0.0056 درصد در طیف قابل مشاهده با چشم انسان است. این واقعیت را توضیح می دهد که نمی توان آن را با چشم غیر مسلح دید و این واقعیت را که فقط در قرن بیستم کشف شد. فاصله خورشید تا این ستاره 4.22 سال نوری است. که با استانداردهای کیهانی تقریباً نزدیک است. به هر حال، حتی گرانش خورشید ما تقریباً به نصف این فاصله گسترش می یابد! با این حال، برای بشریت، این فاصله واقعاً بسیار زیاد است. فواصل در مقیاس های سیاره ای با سال نوری اندازه گیری می شوند. نور در خلاء در 365 روز چقدر مسافت را طی می کند؟ این ارزش 9640 میلیارد کیلومتر است. برای درک فاصله ها، چند مثال در اینجا آورده شده است. فاصله زمین تا ماه 1.28 ثانیه نوری است و با تکنولوژی مدرن این سفر 3 روز طول می کشد. فاصله بین سیارات منظومه شمسی از 2.3 دقیقه نوری تا 5.3 ساعت نوری متغیر است. به عبارت دیگر، طولانی ترین سفر با فضاپیمای بدون سرنشین کمی بیش از 10 سال طول خواهد کشید. حال بیایید در نظر بگیریم که چقدر زمان برای پرواز به پروکسیما قنطورس نیاز داریم. قهرمان فعلی سرعت، فضاپیمای بدون سرنشین هلیوس 2 است. سرعت آن 253000 کیلومتر در ساعت یا 0.02334 درصد سرعت نور است. با محاسبه، متوجه می شویم که 18000 سال طول می کشد تا به نزدیک ترین ستاره برسیم. در سطح کنونی توسعه فناوری، ما فقط می‌توانیم از عملکرد یک فضاپیما به مدت 50 سال اطمینان حاصل کنیم.
تصور مسافت ها با استفاده از اعداد دشوار است. اگر خورشید ما به اندازه سر کبریت کوچک شود، فاصله تا نزدیکترین ستاره تقریباً 1 کیلومتر خواهد بود.
پروکسیما قنطورس تقریباً 40,000,000,000,000 کیلومتر با ما فاصله دارد... 4.22 سال نوری.. آلفا قنطورس 4.37 سال نوری از ما فاصله دارد. سالها...
4 سال نوری (تقریباً 37,843,200,000,000 کیلومتر)
شما داری یه چیزی رو گیج میکنی همکار عزیز. نزدیکترین ستاره خورشید است. 8 دقیقه و کمی بدون چراغ :)
به پروکسیما: 4.22 (+- 0.01) سال نوری. یا 1.295 (+-0.004) پارسک. از اینجا گرفته شده
تا پروکسیما قنطورس 4.2 سال نوری 41،734،219،479،449.6 کیلومتر است، اگر 1 سال نوری 9،460،528،447،488 کیلومتر باشد.
4.5 سال نوری (1 پارسک؟)
ستارگانی در جهان هستی هستند که آنقدر از ما دور هستند که ما حتی فرصتی برای دانستن فاصله آنها یا تعیین تعداد آنها نداریم. اما فاصله نزدیکترین ستاره از زمین چقدر است؟
فاصله زمین تا خورشید 150000000 کیلومتر است. از آنجایی که نور با سرعت 300000 کیلومتر در ثانیه حرکت می کند، 8 دقیقه طول می کشد تا از خورشید به زمین برسد.
نزدیکترین ستاره ها به ما پروکسیما قنطورس و آلفا قنطورس هستند. فاصله آنها تا زمین 270000 برابر بیشتر از فاصله خورشید تا زمین است. یعنی فاصله ما تا این ستاره ها 270000 برابر 150000000 کیلومتر است! نور آنها 4.5 سال طول می کشد تا به زمین برسد.
فاصله تا ستاره ها آنقدر زیاد است که لازم بود واحدی برای اندازه گیری این فاصله ایجاد شود. به آن سال نوری می گویند. این مسافتی است که نور در یک سال طی می کند. این تقریباً 10 تریلیون کیلومتر (10,000,000,000,000 کیلومتر) است. فاصله تا نزدیکترین ستاره 4.5 برابر از این فاصله بیشتر است.
از تمام ستاره های آسمان، تنها 6000 ستاره را می توان بدون تلسکوپ، با چشم غیر مسلح دید. همه این ستاره ها از بریتانیا قابل مشاهده نیستند.
در واقع، با نگاه کردن به آسمان و مشاهده ستارگان، کمی بیش از هزار نفر از آنها وجود دارد. و با یک تلسکوپ قدرتمند می توانید چندین برابر بیشتر را شناسایی کنید.

> > سفر به نزدیکترین ستاره چقدر طول می کشد؟

دریابید چه مدت باید به نزدیکترین ستاره پرواز کرد: نزدیک ترین ستاره به زمین بعد از خورشید، فاصله تا پروکسیما قنطورس، شرح پرتاب ها، فناوری های جدید.

بشریت مدرن برای کشف منظومه شمسی بومی خود تلاش می کند. اما آیا می‌توانیم به سراغ ستاره همسایه‌ای برویم؟ و چقدر سفر به نزدیکترین ستاره چقدر طول می کشد؟? این را می توان خیلی ساده پاسخ داد یا می توانید عمیق تر به قلمرو علمی تخیلی بروید.

از منظر فناوری امروزی، اعداد واقعی مشتاقان و رویاپردازان را به وحشت خواهند انداخت. فراموش نکنیم که فاصله ها در فضا فوق العاده زیاد است و منابع ما هنوز محدود است.

نزدیکترین ستاره به سیاره زمین است. این نماینده میانی سکانس اصلی است. اما همسایگان زیادی در اطراف ما متمرکز شده اند، بنابراین اکنون می توان یک نقشه کامل از مسیرها ایجاد کرد. اما چقدر طول می کشد تا به آنجا برسیم؟

کدام ستاره نزدیکترین است

نزدیک ترین ستاره به زمین پروکسیما قنطورس است، بنابراین در حال حاضر باید محاسبات خود را بر اساس ویژگی های آن قرار دهید. این بخشی از منظومه سه گانه آلفا قنطورس است و در فاصله 4.24 سال نوری از ما فاصله دارد. این یک کوتوله قرمز جدا شده است که در فاصله 0.13 سال نوری از ستاره دوتایی قرار دارد.

به محض اینکه موضوع سفر بین ستاره ای مطرح می شود، همه بلافاصله به سرعت چرخش و پریدن به کرم چاله فکر می کنند. اما همه آنها یا دست نیافتنی هستند یا مطلقاً غیرممکن. متأسفانه، هر ماموریت طولانی مدت بیش از یک نسل طول خواهد کشید. بیایید تحلیل را با کندترین روش ها شروع کنیم.

سفر به نزدیکترین ستاره امروز چقدر طول می کشد؟

انجام محاسبات بر اساس تجهیزات موجود و محدودیت های سیستم ما آسان است. به عنوان مثال، ماموریت افق های جدید از 16 موتور استفاده کرد که بر روی پیشرانه تک هیدرازین کار می کردند. رسیدن به آن 8 ساعت و 35 دقیقه طول کشید. اما مأموریت SMART-1 مبتنی بر موتورهای یونی بود و 13 ماه و دو هفته طول کشید تا به ماهواره زمین برسد.

بنابراین ما چندین گزینه داریم وسیله نقلیه. علاوه بر این، می توان از آن به عنوان یک تیرکمان بزرگ گرانشی استفاده کرد. اما اگر قصد داریم تا این اندازه سفر کنیم، باید همه گزینه های ممکن را بررسی کنیم.

اکنون ما نه تنها در مورد فن آوری های موجود صحبت می کنیم، بلکه در مورد آنهایی که در تئوری می توانند ایجاد شوند نیز صحبت می کنیم. برخی از آنها قبلاً در مأموریت‌ها آزمایش شده‌اند، در حالی که برخی دیگر فقط به صورت نقاشی هستند.

قدرت یونی

این کندترین روش، اما مقرون به صرفه است. همین چند دهه پیش، موتور یونی فوق العاده در نظر گرفته می شد. اما در حال حاضر در بسیاری از دستگاه ها استفاده می شود. به عنوان مثال، مأموریت SMART-1 با کمک آن به ماه رسید. در این مورد از گزینه با پنل های خورشیدی استفاده شد. بنابراین او تنها 82 کیلوگرم سوخت زنون خرج کرد. در اینجا ما در کارایی پیروز می شویم، اما قطعاً در سرعت نه.

برای اولین بار، موتور یونی برای Deep Space 1، پرواز به (1998) استفاده شد. این دستگاه از همان نوع موتور SMART-1 استفاده می کرد و تنها از 81.5 کیلوگرم پیشران استفاده می کرد. او در طول 20 ماه سفر توانست به سرعت 56000 کیلومتر در ساعت برسد.

نوع یون بسیار مقرون به صرفه تر از فناوری موشکی در نظر گرفته می شود زیرا رانش در واحد جرم ماده منفجره بسیار بیشتر است. اما برای سرعت بخشیدن به زمان زیادی نیاز است. اگر قرار بود از آنها برای سفر از زمین به پروکسیما قنطورس استفاده شود، سوخت موشک زیادی مورد نیاز بود. اگرچه می توانید شاخص های قبلی را به عنوان پایه در نظر بگیرید. بنابراین، اگر این دستگاه با سرعت 56000 کیلومتر در ساعت حرکت کند، فاصله 4.24 سال نوری را در 2700 نسل انسان طی خواهد کرد. بنابراین بعید است که از آن برای ماموریت پرواز سرنشین دار استفاده شود.

البته، اگر آن را با مقدار زیادی سوخت پر کنید، می توانید سرعت را افزایش دهید. اما زمان رسیدن همچنان یک زندگی استاندارد انسانی را می گیرد.

کمک از گرانش

این یک روش محبوب است زیرا به شما امکان می دهد از مدار و گرانش سیاره ای برای تغییر مسیر و سرعت استفاده کنید. اغلب برای سفر به غول های گازی برای افزایش سرعت استفاده می شود. Mariner 10 این را برای اولین بار امتحان کرد. او برای رسیدن به گرانش زهره تکیه کرد (فوریه 1974). در دهه 1980، وویجر 1 از قمرهای زحل و مشتری برای شتاب گرفتن به 60000 کیلومتر در ساعت و ورود به فضای بین ستاره ای استفاده کرد.

اما رکورددار سرعت به دست آمده با استفاده از گرانش، ماموریت هلیوس-2 بود که برای مطالعه محیط بین سیاره ای در سال 1976 آغاز شد.

به دلیل خروج از مرکز زیاد مدار 190 روزه، این دستگاه توانست تا 240000 کیلومتر در ساعت شتاب بگیرد. برای این منظور منحصراً از گرانش خورشیدی استفاده شد.

خوب، اگر وویجر 1 را با سرعت 60000 کیلومتر بر ساعت بفرستیم، باید 76000 سال صبر کنیم. برای هلیوس 2، این 19000 سال طول می کشید. سریعتر است، اما به اندازه کافی سریع نیست.

درایو الکترومغناطیسی

راه دیگری وجود دارد - موتور تشدید فرکانس رادیویی (EmDrive) که توسط راجر شاویر در سال 2001 پیشنهاد شد. این مبتنی بر این واقعیت است که تشدید کننده های مایکروویو الکترومغناطیسی می توانند انرژی الکتریکی را به رانش تبدیل کنند.

در حالی که موتورهای الکترومغناطیسی معمولی برای جابجایی نوع خاصی از جرم طراحی شده اند، این موتور از جرم واکنشی استفاده نمی کند و تابش مستقیم تولید نمی کند. این نوع با مقدار زیادی شک مواجه شده است زیرا قانون بقای تکانه را نقض می کند: یک سیستم تکانه در یک سیستم ثابت می ماند و تنها تحت تأثیر نیرو تغییر می کند.

اما آزمایش های اخیر به آرامی طرفداران خود را جلب می کند. در آوریل 2015، محققان اعلام کردند که دیسک را با موفقیت در خلاء آزمایش کرده اند (به این معنی که می تواند در فضا کار کند). در ماه جولای آنها نسخه موتور خود را ساخته بودند و نیروی رانش قابل توجهی را کشف کردند.

در سال 2010، هوانگ یانگ مجموعه ای از مقالات را آغاز کرد. او کار نهایی را در سال 2012 به پایان رساند، جایی که او قدرت ورودی بالاتر (2.5 کیلو وات) و شرایط رانش (720 mN) را آزمایش کرد. در سال 2014، او همچنین جزئیاتی در مورد استفاده از تغییرات دمای داخلی اضافه کرد که عملکرد سیستم را تأیید کرد.

طبق محاسبات، دستگاهی با چنین موتوری می تواند در 18 ماه به پلوتون پرواز کند. اینها نتایج مهمی هستند، زیرا نشان دهنده 1/6 زمانی است که New Horizons صرف کرده است. خوب به نظر می رسد، اما با این وجود، سفر به پروکسیما قنطورس 13000 سال طول می کشد. علاوه بر این، ما هنوز 100٪ به اثربخشی آن اطمینان نداریم، بنابراین هیچ فایده ای برای شروع توسعه وجود ندارد.

تجهیزات حرارتی و الکتریکی هسته ای

ناسا چندین دهه است که در مورد نیروی محرکه هسته ای تحقیق می کند. راکتورها از اورانیوم یا دوتریوم برای گرم کردن استفاده می کنند هیدروژن مایع، تبدیل آن به گاز هیدروژن یونیزه شده (پلاسما). سپس از طریق نازل موشک فرستاده می شود تا نیروی رانش ایجاد کند.

یک نیروگاه موشک هسته ای همان راکتور اصلی را در خود جای داده است که گرما و انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. در هر دو مورد، موشک برای تولید نیروی محرکه به شکافت هسته ای یا همجوشی متکی است.

هنگامی که با موتورهای شیمیایی مقایسه می شود، ما مزایای زیادی را دریافت می کنیم. بیایید با چگالی انرژی نامحدود شروع کنیم. علاوه بر این، کشش بالاتر تضمین شده است. این امر مصرف سوخت را کاهش می دهد که باعث کاهش جرم پرتاب و هزینه های ماموریت می شود.

تاکنون حتی یک موتور حرارتی هسته ای راه اندازی نشده است. اما مفاهیم زیادی وجود دارد. آن‌ها از طرح‌های جامد سنتی گرفته تا طرح‌های مبتنی بر هسته مایع یا گاز را شامل می‌شوند. با وجود تمام این مزایا، پیچیده ترین مفهوم به حداکثر ضربه خاص 5000 ثانیه دست می یابد. اگر از موتور مشابهی برای سفر در زمانی که سیاره در فاصله 55000000 کیلومتری قرار دارد استفاده کنید (موقعیت "مخالف")، 90 روز طول می کشد.

اما اگر آن را به پروکسیما قنطورس بفرستیم، قرن ها طول می کشد تا شتاب بگیرد تا به سرعت نور برسد. پس از آن، چندین دهه طول می کشد تا سفر کنید و قرن ها دیگر برای کاهش سرعت لازم است. به طور کلی، دوره به هزار سال کاهش می یابد. برای سفرهای بین سیاره ای عالی است، اما هنوز برای سفرهای بین ستاره ای خوب نیست.

در تئوری

احتمالاً قبلاً متوجه شده اید فن آوری های مدرنبرای پیمودن چنین مسافت های طولانی بسیار کند است. اگر بخواهیم این را در یک نسل به انجام برسانیم، پس باید به یک پیشرفت دست پیدا کنیم. و اگر کرمچاله ها همچنان گرد و غبار روی صفحات جمع می کنند کتاب های فانتزی، سپس چندین ایده واقعی داریم.

حرکت تکانه هسته ای

استانیسلاو اولام در سال 1946 درگیر این ایده بود. این پروژه از سال 1958 شروع شد و تا سال 1963 با نام Orion ادامه یافت.

Orion قصد داشت از قدرت انفجارهای هسته ای تکانشی برای ایجاد یک شوک قوی با یک ضربه خاص بالا استفاده کند. یعنی ما یک سفینه فضایی بزرگ با منبع عظیمی از کلاهک های هسته ای داریم. در حین افت، از موج انفجار در سکوی عقب ("هلنده") استفاده می کنیم. پس از هر انفجار، پد فشار دهنده نیرو را جذب کرده و رانش را به ضربه تبدیل می کند.

به طور طبیعی، در دنیای مدرنروش خالی از لطف است، اما انگیزه لازم را تضمین می کند. بر اساس برآوردهای اولیه، در این حالت می توان به 5 درصد سرعت نور (5.4 x 10 7 km/h) دست یافت. اما طراحی از کاستی هایی رنج می برد. بیایید با این واقعیت شروع کنیم که چنین کشتی بسیار گران است و وزن آن 400000-4000000 تن خواهد بود. علاوه بر این، ¾ وزن نشان داده شده است بمب های هسته ای(هر یک به 1 متریک تن می رسد).

هزینه کل پرتاب در آن زمان به 367 میلیارد دلار (امروز - 2.5 تریلیون دلار) افزایش می یافت. همچنین مشکل تشعشعات و زباله های هسته ای تولید شده نیز وجود دارد. اعتقاد بر این است که به این دلیل بود که این پروژه در سال 1963 متوقف شد.

همجوشی هسته ای

در اینجا از واکنش های گرما هسته ای استفاده می شود که به دلیل آن رانش ایجاد می شود. انرژی زمانی تولید می شود که گلوله های دوتریوم/هلیوم-3 در محفظه واکنش از طریق محصورسازی اینرسی با استفاده از پرتوهای الکترونی مشتعل می شوند. چنین رآکتوری 250 گلوله در ثانیه را منفجر می کند و پلاسمای پرانرژی ایجاد می کند.

این پیشرفت باعث صرفه جویی در سوخت و ایجاد یک تقویت ویژه می شود. سرعت قابل دستیابی 10600 کیلومتر است (بسیار سریعتر از موشک های استاندارد). در اخیراافراد بیشتری به این فناوری علاقه مند می شوند.

در 1973-1978. انجمن بین سیاره‌ای بریتانیا یک مطالعه امکان‌سنجی به نام Project Daedalus ایجاد کرد. بر اساس آن بود دانش مدرنفناوری همجوشی و وجود یک کاوشگر بدون سرنشین دو مرحله ای که می تواند در یک عمر به ستاره بارنارد (5.9 سال نوری) برسد.

مرحله اول به مدت 2.05 سال کار می کند و سرعت کشتی را تا 7.1 درصد سرعت نور افزایش می دهد. سپس ریست می شود و موتور روشن می شود و در 1.8 سال سرعت را به 12 درصد افزایش می دهد. پس از این، موتور مرحله دوم متوقف می شود و کشتی به مدت 46 سال سفر خواهد کرد.

به طور کلی کشتی تا 50 سال دیگر به ستاره خواهد رسید. اگر آن را به پروکسیما قنطورس ارسال کنید، زمان به 36 سال کاهش می یابد. اما این فناوری با موانعی نیز مواجه بود. بیایید با این واقعیت شروع کنیم که هلیوم-3 باید در ماه استخراج شود. و واکنشی که فضاپیما را نیرو می دهد مستلزم آن است که انرژی آزاد شده بیشتر از انرژی مصرف شده برای پرتاب آن باشد. و اگرچه آزمایش به خوبی انجام شد، اما ما هنوز نوع انرژی لازم را نداریم که بتواند یک فضاپیمای بین ستاره ای را تامین کند.

خوب، پول را فراموش نکنیم. پرتاب یک موشک 30 مگاتنی برای ناسا 5 میلیارد دلار هزینه دارد. بنابراین پروژه Daedalus 60000 مگاتن وزن خواهد داشت. علاوه بر این، به نوع جدیدی از راکتور گرما هسته ای نیاز خواهد بود که در بودجه هم جای نمی گیرد.

موتور رمجت

این ایده توسط رابرت بوسارد در سال 1960 مطرح شد. این را می توان یک شکل بهبود یافته از همجوشی هسته ای در نظر گرفت. از میدان های مغناطیسی برای فشرده سازی سوخت هیدروژن تا زمانی که همجوشی فعال شود، استفاده می کند. اما در اینجا یک قیف الکترومغناطیسی عظیم ایجاد می‌شود که هیدروژن را از محیط بین ستاره‌ای بیرون می‌کشد و آن را به عنوان سوخت به رآکتور می‌ریزد.

کشتی سرعت خواهد گرفت و میدان مغناطیسی فشرده را مجبور می کند تا به فرآیند همجوشی گرما هسته ای دست یابد. سپس انرژی را به شکل گازهای خروجی از طریق انژکتور موتور هدایت می کند و حرکت را تسریع می کند. بدون استفاده از سوخت دیگری، می توانید به 4 درصد سرعت نور رسیده و به هر نقطه ای از کهکشان بروید.

اما این طرح دارای تعداد زیادی کاستی است. مشکل مقاومت بلافاصله به وجود می آید. کشتی برای جمع آوری سوخت باید سرعت خود را افزایش دهد. اما با مقادیر زیادی هیدروژن مواجه می‌شود، بنابراین می‌تواند سرعتش را کاهش دهد، مخصوصاً زمانی که به مناطق متراکم برخورد می‌کند. علاوه بر این، یافتن دوتریوم و تریتیوم در فضا بسیار دشوار است. اما این مفهوم اغلب در داستان های علمی تخیلی استفاده می شود. محبوب ترین نمونه Star Trek است.

بادبان لیزری

به منظور صرفه جویی در هزینه، بادبان های خورشیدی برای مدت طولانی برای جابجایی وسایل نقلیه در منظومه شمسی مورد استفاده قرار گرفته اند. آنها سبک و ارزان هستند و نیازی به سوخت ندارند. بادبان از فشار تشعشع ستارگان استفاده می کند.

اما برای استفاده از چنین طراحی برای سفرهای بین ستاره ای، باید توسط پرتوهای انرژی متمرکز (لیزر و مایکروویو) کنترل شود. این تنها راه برای شتاب دادن آن به نقطه ای نزدیک به سرعت نور است. این مفهوم توسط رابرت فورد در سال 1984 توسعه یافت.

نکته اصلی این است که تمام مزایای بادبان خورشیدی باقی می ماند. و اگرچه شتاب لیزر به زمان نیاز دارد، اما حد مجاز فقط سرعت نور است. یک مطالعه در سال 2000 نشان داد که بادبان لیزری می تواند در کمتر از 10 سال به نصف سرعت نور شتاب دهد. اگر اندازه بادبان 320 کیلومتر باشد، پس از 12 سال به مقصد می رسد. و اگر آن را به 954 کیلومتر افزایش دهید، پس از 9 سال.

اما تولید آن مستلزم استفاده از کامپوزیت های پیشرفته برای جلوگیری از ذوب شدن است. فراموش نکنید که باید به اندازه های بزرگ برسد، بنابراین قیمت آن بالا خواهد بود. علاوه بر این، شما باید برای ایجاد یک لیزر قدرتمند که می تواند کنترل را با چنین سرعت بالایی فراهم کند، پول خرج کنید. لیزر 17000 تراوات جریان ثابت مصرف می کند. بنابراین می فهمید، این مقدار انرژی است که کل سیاره در یک روز مصرف می کند.

ضد ماده

این ماده ای است که توسط پادذره هایی که به جرمی مشابه با ذرات معمولی می رسند، اما بار مخالف دارند، نشان داده شده است. چنین مکانیزمی از تعامل بین ماده و پادماده برای تولید انرژی و ایجاد نیروی رانش استفاده می کند.

به طور کلی چنین موتوری از ذرات هیدروژن و آنتی هیدروژن استفاده می کند. علاوه بر این، در چنین واکنشی همان مقدار انرژی آزاد می شود که در یک بمب گرما هسته ای، و همچنین موجی از ذرات زیراتمی که با سرعت 1/3 سرعت نور حرکت می کنند.

مزیت این فناوری این است که بیشتر جرم به انرژی تبدیل می شود که باعث ایجاد چگالی انرژی بیشتر و تکانه ویژه می شود. در نتیجه سریع ترین و مقرون به صرفه ترین فضاپیما را دریافت خواهیم کرد. اگر یک موشک معمولی از تن‌ها سوخت شیمیایی استفاده کند، موتوری با پادماده فقط چند میلی‌گرم را برای همان اعمال خرج می‌کند. این فناوری برای سفر به مریخ عالی خواهد بود، اما نمی توان آن را برای ستاره دیگری اعمال کرد زیرا مقدار سوخت به طور تصاعدی افزایش می یابد (همراه با هزینه ها).

یک موشک ضد ماده دو مرحله ای برای یک پرواز 40 ساله به 900000 تن سوخت نیاز دارد. مشکل این است که استخراج 1 گرم پادماده به 25 میلیون کیلووات ساعت انرژی و بیش از یک تریلیون دلار نیاز دارد. در حال حاضر فقط 20 نانوگرم داریم. اما چنین کشتی قادر است تا نیمی از سرعت نور شتاب بگیرد و در عرض 8 سال به سمت ستاره پروکسیما قنطورس در صورت فلکی قنطورس پرواز کند. اما وزن آن 400 تن است و 170 تن پادماده مصرف می کند.

به عنوان راه حلی برای این مشکل، آنها توسعه «سیستم تحقیقاتی بین ستاره ای موشک ضد مواد خلاء» را پیشنهاد کردند. این می تواند از لیزرهای بزرگی استفاده کند که هنگام شلیک به فضای خالی، ذرات ضد ماده ایجاد می کنند.

این ایده همچنین مبتنی بر استفاده از سوخت از فضا است. اما باز هم لحظه ی گرانی پیش می آید. علاوه بر این، بشریت به سادگی نمی تواند چنین مقدار پادماده ایجاد کند. خطر تشعشع نیز وجود دارد، زیرا نابودی ماده-ضد ماده می تواند انفجارهای پرتوهای گاما با انرژی بالا ایجاد کند. نه تنها محافظت از خدمه با صفحه نمایش های ویژه، بلکه همچنین تجهیز موتورها ضروری است. بنابراین، محصول از نظر عملی پایین تر است.

حباب Alcubierre

در سال 1994 توسط فیزیکدان مکزیکی میگل آلکوبیر پیشنهاد شد. او می خواست ابزاری بسازد که تئوری نسبیت خاص را نقض نکند. این نشان می دهد که تار و پود فضازمان در یک موج کشیده شود. از نظر تئوری، این باعث می شود که فاصله جلوی جسم کاهش یابد و فاصله پشت آن گسترش یابد.

کشتی گرفتار در یک موج می تواند فراتر از سرعت های نسبیتی حرکت کند. خود کشتی در "حباب تار" حرکت نمی کند، بنابراین قوانین فضا-زمان اعمال نمی شود.

اگر ما در مورد سرعت صحبت کنیم، این "سریعتر از نور" است، اما به این معنا که کشتی سریعتر از یک پرتو نور که حباب را ترک می کند به مقصد می رسد. محاسبات نشان می دهد که او 4 سال دیگر به مقصد می رسد. اگر به صورت تئوری به آن فکر کنیم، این سریعترین روش است.

اما این طرح مکانیک کوانتومی را در نظر نمی گیرد و از نظر فنی توسط نظریه همه چیز باطل شده است. محاسبات مقدار انرژی مورد نیاز نیز نشان داد که به قدرت بسیار عظیمی نیاز است. و ما هنوز به امنیت دست نزده ایم.

با این حال، در سال 2012 صحبت هایی مبنی بر آزمایش این روش وجود داشت. دانشمندان ادعا کردند که یک تداخل سنج ساخته اند که می تواند اعوجاج در فضا را تشخیص دهد. در سال 2013، آزمایشگاه پیشرانه جت آزمایشی را در شرایط خلاء انجام داد. در نتیجه، نتایج غیرقطعی به نظر می رسید. اگر عمیق تر نگاه کنید، می توانید متوجه شوید که این طرح یک یا چند قانون اساسی طبیعت را نقض می کند.

چه چیزی از این نتیجه می شود؟ اگر امیدوار بودید یک سفر رفت و برگشت به ستاره داشته باشید، احتمال آن بسیار کم است. اما اگر بشریت تصمیم گرفت یک کشتی فضایی بسازد و مردم را به سفری صد ساله بفرستد، هر چیزی ممکن است. البته فعلاً این فقط صحبت است. اما اگر سیاره یا منظومه ما در خطر واقعی بود، دانشمندان در چنین فناوری هایی فعال تر بودند. آنگاه سفر به ستاره دیگری موضوع بقا خواهد بود.

در حال حاضر، ما فقط می توانیم در وسعت سیستم بومی خود گشت و گذار و کاوش کنیم، به این امید که در آینده وجود داشته باشد. راه جدید، که امکان اجرای گذرهای بین ستاره ای را فراهم کرد.