4 kosmosa kuģu koncepcijas, kas varētu būt realitāte nākotnē

1. Uzsprāgs

Video ieraksts: DrRhysy / YouTube

Mums visiem ir vismaz neskaidrs priekšstats par to, cik destruktīvi ir kodolieroči. Šķiet, ka šādas bīstamas lietas izmantošana diez vai novedīs pie kaut kā laba.

Bet fiziķi Staņislavs Ulams un Frīmens Daisons nolēmaG. Dyson. Projekts Orion: patiesais stāsts par atomu kosmosa kuģika šo spēku var ievirzīt arī radošā kanālā. Un 60. gados viņi ierosināja ideju par starpzvaigžņu kuģi, kas lidotu, virzoties uz priekšu ar kontrolētiem kodolsprādzieniem.

Patiešām, kāpēc pārvadāt milzīgas degvielas tvertnes pa Visuma plašumiem, ja tā vietā varat paņemt līdzi simts vai divas atomu kaujas galviņas?

Projekts tika nosaukts Orion jeb ar kodolenerģiju darbināms kosmosa kuģis. Iekārtas darbības princips ir šāds.

Orbītā karājās kuģis, kas plāno aizlidot uz Saules sistēmas nomalēm vai pat uz citām zvaigznēm. Īstajā brīdī viņš kaut kur simts metrus aiz sevis izlaiž ūdeņraža bumbu, kas uzsprāgst un ar triecienvilni virza lidmašīnu uz priekšu. Kad grūdiena impulss sāk rimties, tiek izšauta nākamā bumba, tad vēl un vēl viena. Tas ir daudz efektīvāk, nekā ir banāli lidot ar raķeti.

Pati ideja bija lieliska. Bet "sprādzienam", kā tika nodēvēta attīstība, bija daudzas problēmas, kuras nevarēja atrisināt šajā zinātnes un tehnoloģiju attīstības posmā. Nebija skaidrs, kā pasargāt kuģa aizmuguri no relativistiskas plazmas, gamma stariem un gaismas uzplaiksnījumiem. Tika pieņemts, ka atstarojošā plāksne tiks pārklāta ar ablatīvu grafīta smērvielas pārklājumu, kas arī pēc katra sprādziena būtu jāatsvaidzina.

Tomēr pastāv zināmas šaubas, vai ir iespējams izveidot vairogu, kas spēj izturēt simtiem ūdeņraža bumbu detonāciju gandrīz tukšā diapazonā.

Turklāt aparāta ar simtiem atombumbu laišana orbītā bija diezgan riskants uzdevums. 60. gados līdz starojums izturējās vienkāršāk nekā tagad - acīmredzot viņi uzskatīja, ka viņa nogalina tikai tos, kas no viņas baidās.

Sākotnēji tika pieņemts, ka Orion pacelsies pats, tas ir, zem tā tieši atmosfērā veiks atomu sprādzienus. Tad zinātnieki tomēr saprata, ka ir sajūsmā un nolēma kodollādiņus uzspridzināt tikai bezgaisa telpā.

Taču arī šajā gadījumā, ja kaut kas nenotiks pēc plāna un raķete ar tik bīstamu kravu nesasniegs kosmosu, vietā, kur tā nokrīt, notiks īsta radiācijas katastrofa. Tāpēc projekts tika atliktsG. Dyson. Projekts Orion: patiesais stāsts par atomu kosmosa kuģi aizmugurē, un pēc tam, parakstot Līgumu par daļēju izmēģinājumu aizliegumu 1963. gadā, tas tika pilnībā slēgts.

Neskatoties uz to, fiziķu prātos joprojām parādās ideja par starpzvaigžņu kosmosa kuģi, kuru paātrināja atombumba.

2. Saules buru laiva

Video: Planētu biedrība / YouTube

Frāze "saules (vai fotoniskā) bura" izklausās diezgan fantastiski. Tomēr šī ir reāla un pat jau pārbaudīta tehnoloģija. 2019. gada jūnijā tika veiksmīgi pārbaudīta zonde LightSail-2 ar šādu dzinēju.Ko sagaidīt, kad LightSail 2 izplatīsies kosmosā/planētu sabiedrībā kosmosā.

Fakts ir tāds, ka fotoni — daļiņas, kas veido gaismu — var radīt spiedienu, saskaroties ar virsmu. Tas ir, saules gaisma kosmosā ir spējīgaG. Vulpetti. Ātra saules burāšana: īpašo burāšanas trajektoriju astrodinamika stumj buru tāpat kā vējš uz Zemes.

Tikai bura būs jāveido no īpaši plāna absorbējoša materiāla – piemēram, no 30 nanometrus biezas alumīnija plēves. Un tā izmēram jābūt vismaz dažiem kvadrātkilometriem.

Salīdzinājumam, LightSail-2 zondes platība bija tikai 32 kvadrātmetri.

Aparātam ar saules buru nav jānēsā līdzi desmitiem un simtiem tonnu degvielas: tas varēs lidot visur, kur sasniegs saules gaisma. Tiesa, iespējamas grūtības koncepcijas īstenošanā.

Galvenais ir tas, kā pasargāt buru no bojājumiem. Galu galā tas ir žileti plāns, necaurspīdīgs audekls, kam ir tualetes papīra stiprums un kas iet cauri tukšums milzīgā ātrumā. Jebkurš putekļu plankums tajā var izveidot pienācīgu caurumu.

3. Fotonu raķete

Šāds kosmosa kuģis izmanto tādu pašu principu kā saules buru kuģis, tikai otrādi. Galu galā, ja fotoniE. G. Haug. Relativistiskā raķešu vienādojuma galīgās robežas. Planka fotonu raķete / Acta Astronautica spēj nospiest virsmu, ar kuru tie saskaras, var arī nomest dzinēju, kas tos ražo. Rezultāts ir raķete, kuru virza nevis degviela, bet gan gaisma.

Jā, vakuumā pat vienkāršs lukturītis, ja tam tiks piešķirts ļoti izturīgs enerģijas avots, pamazām paātrinās, virzot sevi ar izstarotajiem fotoniem. Pietiek pagriezt to ar spuldzīti pret mērķi un ieslēgt gaismu.

Tiesa, kabatas lukturītis lidos tik lēni, ka paies miljardiem gadu, lai paātrinātos līdz manāmam ātrumam. Bet tas ir atrisināms jautājums - jums vienkārši jāpadara ierīce lielāka.

Bet šāda luktura darbināšana būs vēl viens uzdevums. Fiziķis Daniels Tommasini no Vigo universitātes ir aprēķinājisD. Tommasini. Komentējiet “relativistiskā raķešu vienādojuma galīgās robežas. Planka fotonu raķete ”/ Acta Astronauticaka pat visefektīvākais kodolreaktors spēs paātrināt fotonisko kuģi tikai par 0,02% no gaismas ātruma.

Tas ir kaut kur ap 60 km/s, kas jau ir diezgan labs, lai ceļotu pa Saules sistēmu. Bet, lai viļņotu līdz tuvākajai zvaigznei, jums būs nepieciešami labāki enerģijas avoti nekā banāls kodolreaktors. Piemēram, laba antimateriāla degvielas padeve vai kabatas melnais caurums.

Kad antimateriāls saduras ar vielu, tas atbrīvo milzīgu daudzumu tīras enerģijas. Tiesa, antimatērijas veidošanās ir neticama dārgs prieks: NASA zinātnieki ir aplēsuši grama antiūdeņraža radīšanuSasniedzot zvaigznes / Zinātne NASA 62,5 triljoni USD. Un tas prasīs tonnas, lai barotu iznīcināšanas reaktoru.

Melnie caurumi ir vēl efektīvāki enerģijas avoti. Kā apgalvoja Stīvens Hokings, tos var izmantot, lai izgatavotu tā sauktos vienreizējos jeb sabrukšanas reaktorus. Melnais caurums rada starojumu, kas pakāpeniski iztvaiko.

AprēķinātsL. Celtnis. Vai ir iespējami melnā cauruma zvaigžņu kuģi / Vispārējā relativitāte un kvantu kosmoloģijaka viena šāda 606 000 tonnu smaga bedre iztvaiko aptuveni 3,5 gadus, šajā laikā radot 160 petavatu enerģijas. Vienkārši savvaļas figūra: pietiekami daudz enerģijas, lai 20 dienās paātrinātu līdz 10% no gaismas ātruma.

Atliek tikai izdomāt, kā izveidot melno caurumu un kā to uzglabāt kuģī, un kompakts neticamas jaudas akumulators ir gatavs. Galvenais ir nebāzt tajā pirkstus, citādi tie kļūs vienskaitlis, tas ir, samazināsies līdz punktam. Kopā ar visām pārējām ķermeņa daļām.

4. Ar lāzeru darbināms kuģis

Video: Fizikas skola - Sidnejas Universitāte / YouTube

Iepriekšminētajiem jēdzieniem ir kopīga problēma: viņiem būs jānēsā līdzi savi enerģijas avoti. Raķešu degviela, kodoldegviela, antimateriāls vai melnais caurums sver daudz un samazina lietderīgo slodzi. Mums būs jātērē papildu enerģija šīs ekonomikas pārvietošanai.

Saules burulaivai tas nebūs jādaraG. A. Lendiss. Starpzvaigžņu lidojums ar daļiņu staru / NASA pārvadāt daudzas tonnas degvielas, taču tam ir arī ierobežojums: tas lido tikai tur, kur pūš saules vējš, un starpzvaigžņu telpā tas nebūs tik noderīgs.

Taču ar lāzeru paātrinātam kuģim šādu trūkumu nav. Šis ir zvaigžņu kuģa ar buru analogs, taču to paātrinās nevis saules gaisma, bet gan gigavatu virziena starojuma avots.

Princips ir šāds: starpzvaigžņu zonde izplata buru, un milzīgs lāzera paātrinātājs uz Zemes vai gandrīz Saules orbītā apspīd to un stumj to, kur tas ir nepieciešams.

Teiksim, paātrinājām līdz vajadzīgajam ātrumam, bet kā nobremzēt piebraukšanas punktā pie kāda Proxima Centauri vai Barnard's Star? Iepriekš nav iespējams vadīt otru tāda paša veida lāzeru - mēs pat tādu uzbūvējām gandrīz Saules orbītā.

Bet neuztraucieties, fiziķi Džefrijs Lendiss un Kārvers Endrjūss par to ir domājuši jau sen.G. A. Lendiss. Optikas un materiālu apsvērumi ar lāzerpiedziņas vieglo buru / NTRS. Ja nepieciešams, aparāts var ne tikai paātrināt, bet arī palēnināt ar fotonu enerģijas palīdzību, kas tam tiek nosūtīti no lāzera.

Mēs vienkārši palaižam tos garām burai uz milzīga spoguļa, tie atspīd uz buras, bet no otras puses. Un mēs iegūstam iespēju lidot virzienā, kas ir pretējs lāzeram. Tas ir, mēs varēsim ne tikai braukt uz tālām zvaigznēm gandrīz gaismas ātrumā, bet arī atgriezties.

Šķiet, ka šis starpzvaigžņu ceļojuma mehānisms ir vispiemērotākais. 2016. gada 12. aprīlī Stīvens Hokings ierosinājaSasniedzot zvaigznes, 4,37 gaismas gados / The New York Times nosūta uz Alpha Centauri zondu grupu, kas sver 0,5 g, kas ar lāzeru no Zemes virsmas paātrināta līdz 20% no gaismas ātruma. Teorētiski viņiem būs nepieciešami 20 gadi, lai lidotu, un dati, ko zondes pārraida, ierodoties vietā, radio pārraides veidā ceļos atpakaļ vēl 5 gadus.

Es pats Hokings nepiedzīvoja savas idejas realizāciju, bet projekts Breakthrough Starshot turpina attīstīties. To finansē Krievijas uzņēmējs Jurijs Milners un Meta īpašnieks Marks Cukerbergs. Varbūt pēdējais vienkārši meklē veidu, kā atgriezties mājās.