Hepimiz bu soruyu hayatımızın bir noktasında sorduk: Yıldızlara seyahat etmek ne kadar sürer? Bir insanın kendi yaşamı içinde olabilir mi ve bu tür bir seyahat bir gün norm haline gelebilir mi? Bu sorunun birçok olası cevabı var - bazıları çok basit, diğerleri bilim kurgu alanlarında. Ancak kapsamlı bir cevap bulmak, birçok şeyi dikkate almak anlamına gelir.
Ne yazık ki, herhangi bir gerçekçi değerlendirme, fütüristleri ve yıldızlararası seyahat meraklılarını tamamen caydıracak cevaplar üretecektir. Beğen ya da beğenme, alan çok büyük ve teknolojimiz hala çok sınırlı. Ancak “yuvadan ayrılmayı” düşünecek olursak, galaksimizdeki en yakın Güneş Sistemlerine ulaşmak için bir dizi seçeneğimiz olacak.
Dünya'ya en yakın yıldız, Hertzsprung - Russell Diagram'ın “Ana Dizisi” nde oldukça “ortalama” bir yıldız olan Güneş'imizdir. Bu, Dünya'nın gezegenimizde gelişmesi için doğru tipte güneş ışığı sağlayarak son derece kararlı olduğu anlamına gelir. Güneş Sistemimizin yakınında başka yıldızların etrafında dönen gezegenler olduğunu biliyoruz ve bu yıldızların çoğu bizimkine benziyor.
Gelecekte, insanlık Güneş Sisteminden ayrılmak isterse, seyahat edebileceğimiz çok sayıda yıldızımız olacak ve birçoğu yaşamın gelişmesi için doğru koşullara sahip olabilir. Ama nereye gideceğiz ve oraya varmamız ne kadar sürer? Unutmayın, bunların hepsi spekülatiftir ve şu anda yıldızlararası yolculuklar için bir kriter yoktur. Olduğu söyleniyor, işte başlıyoruz!
En Yakın Yıldız:
Daha önce de belirtildiği gibi, Güneş Sistemimize en yakın yıldız Proxima Centauri'dir, bu yüzden önce bu sisteme yıldızlararası bir görev çizmek en mantıklıdır. Alpha Centauri adlı üçlü yıldız sisteminin bir parçası olan Proxima, Dünya'dan yaklaşık 4.24 ışık yılı (veya 1.3 parsek) uzaklıktadır. Alpha Centauri aslında sistemdeki üçün en parlak yıldızı - Dünya'dan yakından dönen bir 4.37 ışıkyılının bir parçası - oysa Proxima Centauri (üçün en küçüğü) ikiliden yaklaşık 0.13 ışıkyılı izole kırmızı cüce .
Yıldızlararası seyahat, çözgü hızından ve solucan deliklerinden sıçrama sürücülerine kadar her türlü Işıktan Daha Hızlı (FTL) seyahat vizyonunu çağrıştırırken, bu teoriler ya yüksek düzeyde spekülatiftir (Alcubierre Drive gibi) veya tamamen bilim bölgesidir. kurgu. Muhtemelen, herhangi bir derin uzay misyonu birkaç gün veya ani bir flaşta değil, oraya ulaşmak için nesiller sürecektir.
Peki, uzay yolculuğunun en yavaş biçimlerinden biriyle başlayarak, Proxima Centauri'ye gitmek ne kadar sürer?
Mevcut Yöntemler:
Güneş Sistemimizdeki mevcut teknoloji ve bedenlerle uğraşırken uzayda bir yere gitmenin ne kadar süreceği sorusu biraz daha kolaydır. Örneğin, Hidrazin monopropellant ile doldurulmuş 16 iticiden oluşan Yeni Ufuklar misyonunu destekleyen teknolojiyi kullanarak Ay'a ulaşmak sadece 8 saat 35 dakika sürecekti.
Öte yandan, Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) SMART-1 misyonu var, bu da zamanını iyonik tahrik yöntemini kullanarak Ay'a giderken aldı. Vesta'ya ulaşmak için Dawn uzay aracı tarafından bir varyasyon kullanılan bu devrimci teknoloji ile, SMART-1 görevi Ay'a ulaşmak için bir yıl, bir ay ve iki hafta sürdü.
Bu nedenle, hızlı roket güdümlü uzay aracından ekonomik iyon sürücüsüne kadar, yerel alanda dolaşmak için birkaç seçeneğimiz var - artı ağır bir yerçekimi sapanı için Jüpiter veya Satürn'ü kullanabiliriz. Bununla birlikte, görevlerin biraz daha dışına çıkacak bir yerde düşünecek olsaydık, teknolojimizi ölçeklendirmeli ve gerçekten neyin mümkün olduğuna bakmalıydık.
Olası yöntemler dediğimizde, mevcut teknolojiyi içerenlerden veya henüz mevcut olmayan ancak teknik olarak mümkün olanlardan bahsediyoruz. Bazıları, göreceğiniz gibi, zaman onuruna ve kanıtlanmışken, diğerleri ortaya çıkıyor veya hala tahtada. Yine de hemen hemen tüm durumlarda, en yakın yıldızlara bile ulaşmak için olası (ancak son derece zaman alıcı veya pahalı) bir senaryo sunarlar…
İyonik Tahrik:
Şu anda, itiş gücü en yavaş ve en yakıt tasarruflu olan iyon motoru. Birkaç on yıl önce, iyonik itici güç bilim kurgu konusu olarak kabul edildi. Bununla birlikte, son yıllarda, iyon motorlarını destekleme teknolojisi, teoriden uygulamaya büyük ölçüde taşınmıştır. Örneğin ESA’nın SMART-1 görevi, Dünya’dan 13 aylık bir sarmal yol aldıktan sonra Ay’a olan görevini başarıyla tamamladı.
SMART-1, güneş enerjisi panellerinden elektrik enerjisinin toplandığı ve Hall etkili iticilere güç sağlamak için kullanılan güneş enerjili iyon iticileri kullandı. SMART-1'i Ay'a itmek için sadece 82 kg ksenon itici kullanıldı. 1 kg ksenon itici gaz 45 m / s'lik bir delta-v sağlamıştır. Bu, oldukça verimli bir itiş biçimidir, ancak hiçbir şekilde hızlı değildir.
İyon sürücü teknolojisini kullanan ilk görevlerden biri, Derin Uzay 1 DS1 ayrıca 81,5 kg itici yakıt tüketen ksenonla çalışan bir iyon tahriki kullandı. 20 aylık bir itiş gücü ile DS1, kuyruklu yıldızın uçuşu sırasında 56.000 km / saat (35.000 mil / saat) hıza ulaşmayı başardı.
İyon iticileri roket teknolojisinden daha ekonomiktir, çünkü itici gazın birim kütlesi başına itki (diğer bir deyişle özel dürtü) çok daha yüksektir. Ancak iyon iticilerin uzay aracını herhangi bir yüksek hıza hızlandırması uzun zaman alıyor ve elde edebileceği maksimum hız, yakıt kaynağına ve ne kadar elektrik enerjisi üretebileceğine bağlı.
Bu nedenle, Proksima Centauri'ye bir görev için iyonik itici güç kullanılacaksa, iticiler büyük bir enerji üretimi kaynağına (yani nükleer güç) ve büyük miktarda iticiye (hala geleneksel roketlerden daha az olmasına rağmen) ihtiyaç duyacaklardır. Ancak, 81.5 kg xenon itici gaz tedarikinin maksimum 56.000 km / saat hıza dönüştüğü varsayımına dayanarak (ve daha da hızlandırmak için yerçekimi sapan gibi başka bir itme formunun mevcut olmadığı), bazı hesaplamalar yapılabilir.
Kısacası, maksimum 56.000 km / s hızında, Derin Uzay 1 devralacaktı 81.000 yıl Dünya ile Proxima Centauri arasındaki 4.24 ışıkyılı arasında geçiş yapmak. Bu zaman ölçeğini perspektife sokmak, bu 2.700 insan neslinin üzerinde olacaktır. Dolayısıyla, gezegenler arası bir iyon motoru görevinin insanlı bir yıldızlararası görev için düşünülemeyecek kadar yavaş olacağını söylemek güvenlidir.
Ancak, iyon iticileri daha büyük ve daha güçlü hale getirilirse (yani iyon egzoz hızının önemli ölçüde daha yüksek olması gerekir) ve uzay aracının 4.243 ışık yılı yolculuğunun tamamı boyunca devam etmesini sağlamak için yeterli itici güç çekilebilirse, seyahat süresi büyük ölçüde olabilir azaltmıştır. Yine de birinin hayatında olması için yeterli değil.
Yerçekimi Destek Yöntemi:
Mevcut en hızlı uzay yolculuğu aracı, göreceli hareketi (yani yörünge) kullanan bir uzay aracını içeren Yerçekimi Yardımı yöntemi olarak bilinir ve bir gezegenin yer değiştirmesi için yerçekimi yol ve hızdır. Yerçekimi yardımcıları, özellikle Dünya'yı veya başka bir dev gezegeni (bir gaz devi gibi) hızda bir artış için kullanırken çok kullanışlı bir uzay uçuşu tekniğidir.
Denizci 10 uzay aracı bu yöntemi ilk kullanan, Venüs’ün Şubat 1974’te Merkür’e doğru sapan çekim kuvvetini kullanarak kullandı. 1980’lerde Yolcu 1 prob, 60.000 km / saat (38.000 mil / saat) mevcut hızına ulaşmak ve yıldızlararası uzaya dönüştürmek için yerçekimi sapanları için Satürn ve Jüpiter'i kullandı.
Ancak, Helios 2 yerçekimi yardımı ile elde edilen en yüksek hızın rekorunu elinde bulunduran, 1976'da 0.3 AU'dan 1 AU'ya Güneş'e gezegenler arası ortamı incelemek için başlatılan misyon. Zamanında, Helios 1 (1974'te piyasaya sürüldü) ve Helios 2 Güneş'e en yakın yaklaşımın kaydını tuttu. Helios 2 geleneksel bir NASA Titan / Centaur fırlatma aracı tarafından fırlatıldı ve oldukça eliptik bir yörüngeye yerleştirildi.
Sondaların güneş yörüngesinin (190 gün) büyük dış merkezliliği (0.54) nedeniyle, perihelionda, Helios 2 240.000 km / saat'in (150.000 mil / saat) üzerinde bir maksimum hıza ulaşabildi. Bu yörünge hızına, yalnızca Güneş'in yerçekimi çekmesi ile ulaşıldı. Teknik olarak, Helios 2 perihelion hızı yerçekimi sapan değildi, maksimum yörünge hızı idi, ama yine de insan yapımı en hızlı nesne olma rekorunu elinde tutuyor.
Yani, eğer Yolcu 1 kırmızı cüce Proxima Centauri yönünde 60.000 km / saat sabit bir hızda seyahat ediyordu, bu mesafeye seyahat etmek 76.000 yıl (veya 2.500 nesilden fazla) sürüyordu. Ama eğer rekor kırarsa Helios 2Güneş'in yakın yaklaşımı - 240.000 km / saat sabit hız - sürer 19.000 yıl (ya da 600 kuşaktan fazla) 4.243 ışıkyılı sürecek. Önemli ölçüde daha iyi, ama yine de pratiklik alanında değil.
Elektromanyetik (EM) Sürücü:
Yıldızlararası seyahat için önerilen bir başka yöntem, EM Drive olarak da bilinen Radyo Frekansı (RF) Rezonans Boşluk İticisi biçimindedir. Başlangıçta 2001 yılında Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) 'yi meyveye getirmek için başlatan bir İngiliz bilim adamı olan Roger K. Shawyer tarafından önerilen bu sürücü, elektromanyetik mikrodalga boşluklarının elektrik enerjisinin itiş gücüne doğrudan dönüştürülmesine izin verebileceği fikri üzerine inşa edilmiştir. .
Geleneksel elektromanyetik iticiler belirli bir kütleyi (iyonize parçacıklar gibi) itecek şekilde tasarlanırken, bu özel tahrik sistemi hiçbir reaksiyon kütlesine dayanmaz ve yönlü radyasyon yaymaz. Böyle bir teklif büyük ölçüde şüphecilikle karşılaştı, çünkü esasen Momentum'un Korunması yasasını ihlal ettiği için - bir sistem içinde momentum miktarının sabit kaldığını ve ne yaratıldığını ne de yok edildiğini, ancak sadece kuvvetler.
Bununla birlikte, tasarım ile yapılan son deneyler görünüşte olumlu sonuçlar vermiştir. 2014 yılının Temmuz ayında, Ohio, Cleveland'da düzenlenen 50. AIAA / ASME / SAE / ASEE Ortak Tahrik Konferansı'nda NASA'nın ileri tahrik araştırmalarından araştırmacılar, elektromanyetik tahrik tahriki için yeni bir tasarımı başarıyla test ettiklerini iddia ettiler.
Bu, NASA Eagleworks'teki (Johnson Uzay Merkezi'nin bir parçası) araştırmacılar, sürücüyü bir boşlukta başarıyla test ettiklerini iddia ettiklerinde, aslında uzayda çalışabileceğinin bir göstergesi olarak 2015 yılının Nisan ayında takip edildi. Aynı yılın Temmuz ayında, Dresden Teknoloji Üniversitesi Uzay Sistemi bölümünden bir araştırma ekibi motorun kendi versiyonunu oluşturdu ve tespit edilebilir bir itme gözlemledi.
2010 yılında Çin'in Xi’an şehrinde bulunan Kuzeybatı Politeknik Üniversitesi'nden Prof. Juan Yang, EM Drive teknolojisine yaptığı araştırmalar hakkında bir dizi makale yayınlamaya başladı. Bu, daha yüksek giriş gücü (2.5kW) ve itme (720mN) seviyelerini test ettiği 2012 tarihli makalesinde doruğa ulaştı. 2014 yılında, dahili termokupllarla iç sıcaklık ölçümlerini içeren kapsamlı testler de rapor etti ve bu da sistemin çalıştığını doğruladı.
NASA prototipine (0.4 N / kilowatt'lık bir güç tahmini sağlayan) dayalı hesaplamalara göre, EM sürücüsü ile donatılmış bir uzay aracı 18 aydan daha kısa bir sürede Pluto'ya yolculuk yapabilir. Bu, Yeni Ufuklar araştırması için oraya ulaşma süresinin altıda biri, bu da 58.000 km / saate (36.000 mil / saat) yakın hızlarda seyahat ediyordu.
Etkileyici geliyor. Ama bu oranda bile, EM motorları ile donatılmış bir gemiyi 13.000 yıl Geminin Proxima Centauri'ye ulaşması için. Yaklaşıyor, ama yeterince hızlı değil! ve teknolojinin işe yaradığı kesin olarak kanıtlanana kadar, yumurtalarımızı bu sepete koymak çok mantıklı değil.
Nükleer Termal / Nükleer Elektrikli Tahrik (NTP / NEP):
Yıldızlararası uzay uçuşu için bir başka olasılık, NASA'nın onlarca yıldır araştırdığı bir kavram olan nükleer motorlarla donatılmış uzay aracını kullanmaktır. Bir Nükleer Termal Tahrik (NTP) roketinde, uranyum veya döteryum reaksiyonları, bir reaktör içindeki sıvı hidrojeni ısıtmak için kullanılır, daha sonra itme oluşturmak için bir roket nozulundan yönlendirilen iyonize hidrojen gazına (plazma) dönüştürülür.
Nükleer Elektrikli Tahrik (NEP) roketi, ısısını ve enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren aynı temel reaktöre sahiptir ve bu da daha sonra bir elektrik motoruna güç verir. Her iki durumda da, roket, NASA'nın ve diğer tüm uzay ajanslarının temel dayanağı olan kimyasal itici gazlardan ziyade tahrik üretmek için nükleer fisyon veya füzyona güvenecekti.
Kimyasal itiş ile karşılaştırıldığında, hem NTP hem de NEC bir dizi avantaj sunar. İlk ve en belirgin olanı, roket yakıtıyla karşılaştırıldığında sunduğu neredeyse sınırsız enerji yoğunluğudur. Ek olarak, nükleer enerjili bir motor, kullanılan itici gaz miktarına göre üstün itiş gücü de sağlayabilir. Bu, ihtiyaç duyulan itici gaz miktarını azaltarak fırlatma ağırlığını ve münferit görevlerin maliyetini düşürür.
Hiçbir nükleer termik motor uçmamış olsa da, son birkaç on yıl içinde çeşitli tasarım konseptleri oluşturulmuş ve test edilmiştir ve çok sayıda konsept önerilmiştir. Bunlar, geleneksel katı çekirdekli tasarımdan - Roket Aracı Uygulaması için Nükleer Motor (NERVA) gibi - bir sıvıya veya bir gaz çekirdeğine dayanan daha gelişmiş ve verimli konseptlere kadar uzanmıştır.
Bununla birlikte, yakıt verimliliği ve özgül dürtüdeki bu avantajlara rağmen, en karmaşık NTP konsepti maksimum 5000 saniyelik (50 kN · s / kg) özel dürtü içerir. Fisyon veya füzyonla çalışan nükleer motorları kullanan NASA bilim adamları, gezegen “muhalefette” - yani Dünya'ya 55.000.000 km kadar yakınken Mars'a ulaşmanın sadece 90 gün süreceğini düşünüyor.
Ancak Proxima Centauri'ye tek yönlü bir yolculuk için ayarlanan bir nükleer roket, ışık hızının bir kısmının uçtuğu noktaya hızlanması için yüzyıllar sürecekti. Daha sonra onlarca yıl sürecek seyahat süresi ve ardından hedefe varmadan önce yüzlerce yıl daha yavaşlama gerekecektir. Her şey anlattı, hala konuşuyoruz 1000 yıl hedefine ulaşmadan önce. Gezegenlerarası görevler için iyi, yıldızlararası olanlar için iyi değil.
Teorik Yöntemler:
Mevcut teknolojiyi kullanarak, bilim adamları ve astronotların yıldızlararası bir göreve gönderilmesi zaman alacaktır. Bu yolculuğu tek bir yaşamda, hatta bir nesil içinde yapmak istiyorsak, biraz daha radikal (yani oldukça teorik) bir şeye ihtiyaç duyulacaktır. Ve solucan delikleri ve atlama motorları hala bu noktada saf kurgu olsa da, yıllar boyunca dikkate alınan bazı gelişmiş fikirler vardır.
Nükleer Darbe Sevk:
Nükleer nabız tahriki, teorik olarak mümkün olan bir hızlı uzay yolculuğu şeklidir. Kavram ilk olarak 1946'da Manhattan Projesine katılan Polonyalı-Amerikalı bir matematikçi olan Stanislaw Ulam tarafından önerildi ve daha sonra 1947'de F. Reines ve Ulam tarafından ön hesaplamalar yapıldı. Project Orion olarak bilinen asıl proje, 1958 ve 1963'e kadar sürdü.
Princeton'daki İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden Ted Taylor ve fizikçi Freeman Dyson tarafından yönetilen Orion, çok yüksek özgül dürtü ile büyük bir itme sağlamak için darbeli nükleer patlamaların gücünden yararlanmayı umuyordu (yani, ağırlık veya roketin sürekli ateş edebileceği saniye miktarı).
Özetle, Orion tasarımı, arkasında bir bomba bırakarak ve daha sonra “itici” adı verilen arkaya monte edilmiş bir ped yardımıyla patlama dalgasına iterek yüksek bir termonükleer savaş başlığı kaynağı olan büyük bir uzay aracını içeriyor. Her patlamadan sonra, patlayıcı kuvvet iticiyi momentuma dönüştüren bu itici ped tarafından emilecektir.
Modern standartlara göre neredeyse zarif olmamasına rağmen, tasarımın avantajı, yüksek bir özel dürtü elde etmesidir - yani yakıt kaynağından (bu durumda nükleer bombalar) maksimum enerjiyi minimum maliyetle çıkarır. Buna ek olarak, konsept teorik olarak çok yüksek hızlara ulaşabilir, bazı tahminler ışık hızının% 5'i kadar (veya 5.4 × 107 km / saat).
Ama elbette, tasarımın kaçınılmaz dezavantajları var. Birincisi, bu büyüklükte bir gemi inşa etmek inanılmaz derecede pahalı olurdu. Dyson tarafından 1968'de üretilen tahminlere göre, tahrik oluşturmak için hidrojen bombaları kullanan bir Orion uzay aracı 400.000 ila 4.000.000 metrik ton ağırlığındaydı. Ve bu ağırlığın en az dörtte üçü, her savaş başlığının yaklaşık 1 metrik ton ağırlığında olduğu nükleer bombalardan oluşuyor.
Bunların hepsine göre, Dyson’un en muhafazakar tahminleri, bir Orion zanaatının toplam maliyetini 367 milyar dolara yerleştirdi. Enflasyona göre düzeltilmiş, bu rakam ABD hükümetinin mevcut yıllık gelirinin üçte ikisinden fazlasını oluşturan yaklaşık 2,5 trilyon dolar. Bu nedenle, en hafif bile olsa, geminin üretimi son derece pahalı olacaktır.
Ayrıca, nükleer atıklardan bahsetmiyorum bile, ürettiği tüm radyasyonun ufak bir sorunu var. Aslında, bu nedenle, nükleer testi sınırlamak ve nükleer serpintiğin aşırı derecede salınmasını durdurmak isteyen 1963 tarihli Kısmi Test Yasağı Anlaşması'nın geçmesi nedeniyle Projenin sona erdiğine inanılmaktadır.
Füzyon Roketleri:
Koşum haline getirilmiş nükleer enerji alanında bir başka olasılık, itme oluşturmak için termonükleer reaksiyonlara dayanan roketlerdir. Bu konsept için, bir döteryum / helyum-3 karışımının peletleri bir reaksiyon odasında elektron demetleri kullanılarak (Kaliforniya'daki Ulusal Ateşleme Tesisinde yapılanlara benzer) atalet hapsiyle ateşlendiğinde üretilir. Bu füzyon reaktörü, yüksek enerjili plazma oluşturmak için saniyede 250 peleti patlatacak ve daha sonra itme oluşturmak için manyetik bir meme tarafından yönlendirilecektir.
Nükleer bir reaktöre dayanan bir roket gibi, bu konsept de yakıt verimliliği ve özgül dürtü açısından avantajlar sunar. Geleneksel roketlerin hızının çok ötesinde, 10.600 km / s'ye kadar egzoz hızları tahmin edilmektedir. Dahası, teknoloji son birkaç on yıldır kapsamlı bir şekilde incelenmiş ve birçok teklif yapılmıştır.
Örneğin, 1973-1978 yılları arasında, İngiliz Gezegenler Topluluğu, Daedalus Projesi olarak bilinen bir fizibilite çalışması yürüttü. Mevcut füzyon teknolojisi bilgisine ve mevcut yöntemlere dayanarak, çalışma, tek bir yaşamda Barnard Yıldızına (Dünya'dan 5.9 ışık yılı) bir yolculuk yapan iki aşamalı insansız bir bilimsel prob oluşturulması çağrısında bulundu.
İlk aşama, ikisinden daha büyük, 2.05 yıl boyunca çalışacak ve uzay aracını ışık hızının% 7.1'ine kadar hızlandıracaktı (o.071 c). Bu aşama daha sonra karıştırılacak, bu aşamada ikinci aşama motorunu ateşleyecek ve uzay aracını ışık hızının yaklaşık% 12'sine kadar hızlandıracaktır (0.12 c) 1.8 yıl boyunca. İkinci aşama motor daha sonra kapatılacak ve gemi 46 yıllık bir seyir süresine girecektir.
Projenin tahminlerine göre, görevin Barnard Yıldızına ulaşması 50 yıl alacaktı. Proxima Centauri için düzeltilmiş, aynı tekne yolculuğu yapabilir 36 yaşında. Ancak elbette, proje aynı zamanda o zamanki mevcut teknolojiyi kullanarak olanaksız hale getiren çok sayıda engelleme bloğu belirledi - bunların çoğu hala çözülmedi.
Örneğin, helyum-3'ün Dünya'da az olduğu gerçeği vardır, bu da başka bir yerde (büyük olasılıkla Ay'da) çıkarılması gerektiği anlamına gelir. İkincisi, uzay aracını yönlendiren reaksiyon, serbest bırakılan enerjinin reaksiyonu tetiklemek için kullanılan enerjiyi büyük ölçüde aşmasını gerektirir. Ve burada Dünya'daki deneyler “başa baş hedefi” yi geçmesine rağmen, yıldızlararası bir uzay gemisine güç vermek için gereken enerji türlerinden hala çok uzaktayız.
Üçüncüsü, böyle bir geminin inşası için maliyet faktörü vardır. Daedalus Projesi'nin insansız zanaatının mütevazı standardına göre bile, tam yakıtlı bir zanaat 60.000 Mt ağırlığındaydı. Bunu perspektife sokmak gerekirse, NASA'nın SLS'sinin brüt ağırlığı 30 Mt'ın biraz üzerindedir ve tek bir lansman 5 milyar dolarlık bir fiyat etiketi ile birlikte gelir (2013'te yapılan tahminlere dayanarak).
Kısacası, bir füzyon roketinin inşa edilmesi sadece aşırı pahalıya mal olmaz; aynı zamanda şu anda araçlarımızın ötesinde bir düzeyde füzyon reaktör teknolojisi gerektirecektir. Icarus Interstellar, (bazıları NASA veya ESA için çalışan) gönüllü vatandaş bilim adamlarından oluşan uluslararası bir organizasyon olan bu projeden bu yana Project Icarus ile konsepti canlandırmaya çalıştı. 2009 yılında kurulan grup, füzyon tahrikini (diğer şeylerin yanı sıra) yakın gelecekte mümkün kılmayı umuyor.
Fusion Ramjet:
Bussard Ramjet olarak da bilinen bu teorik itiş biçimi ilk olarak 1960 yılında fizikçi Robert W. Bussard tarafından önerildi. Temel olarak, hidrojen yakıtını füzyonun olduğu noktaya sıkıştırmak için manyetik alanları kullanan standart nükleer füzyon roketine göre bir gelişme. oluşur. Ancak Ramjet’in durumunda, muazzam bir elektromanyetik huni, yıldızlararası ortamdan hidrojeni "toplar" ve yakıt olarak reaktöre atar.
Gemi hızını arttırdıkça, reaktif kütle aşamalı olarak daraltılmış bir manyetik alana zorlanır ve termonükleer füzyon oluşana kadar sıkıştırılır. Manyetik alan daha sonra enerjiyi bir motor memesinden roket egzozu olarak yönlendirir ve böylece kabı hızlandırır. Tartmak için herhangi bir yakıt tankı olmadan, bir füzyon ramjet, ışık hızının% 4'üne yaklaşan ve galaksinin herhangi bir yerinde seyahat eden hızlara ulaşabilir.
Ancak, bu tasarımın potansiyel dezavantajları çoktur. Örneğin, sürükleme sorunu var. Gemi, yakıt biriktirmek için artan hıza güveniyor, ancak daha fazla yıldızlararası hidrojenle çarpıştığından, özellikle galaksinin daha yoğun bölgelerinde de hız kaybedebilir. İkincisi, döteryum ve trityum (burada Dünya'daki füzyon reaktörlerinde kullanılır) uzayda nadirdir, oysa düzenli hidrojeni (uzayda bol olan) kaynaştırmak mevcut yöntemlerimizin ötesindedir.
Bu kavram, bilim kurgu alanında yaygın olarak popüler hale getirilmiştir. Belki de bunun en iyi bilinen örneği, Yıldız Savaşları“Bussard koleksiyoncuları”, çözgü motorlarında parlayan naceller. Ancak gerçekte, füzyon reaksiyonları hakkındaki bilgimizin bir ramjet mümkün olmadan önce önemli ölçüde ilerlemesi gerekir. Ayrıca böyle bir gemi inşa etmeyi düşünmeye başlamadan önce bu sinir bozucu sürükleme problemini bulmalıyız!
Lazer Yelken:
Güneş yelkenleri uzun zamandır Güneş Sistemini keşfetmenin uygun maliyetli bir yolu olarak düşünülmektedir. Üretimi nispeten kolay ve ucuz olmasının yanı sıra, yakıt gerektirmeyen güneş yelkenleri bonusu da var. İtici gerektiren roketler kullanmak yerine, yelken büyük ultra ince aynaları yüksek hızlara itmek için yıldızlardan gelen radyasyon basıncını kullanır.
Bununla birlikte, yıldızlararası uçuş uğruna, böyle bir yelkenin, ışık hızına yaklaşan bir hıza itmek için odaklanmış enerji ışınlarıyla (yani lazerler veya mikrodalgalar) sürülmesi gerekir. Kavram ilk olarak 1984 yılında o zaman Hughes Aircraft’ın araştırma laboratuvarlarında fizikçi olan Robert Forward tarafından önerilmişti.
Konsept, yerleşik bir yakıt gerektirmediği için, aynı zamanda lazer enerjisinin neredeyse güneş radyasyonu kadar mesafe ile dağılmaması gerçeğinden dolayı bir güneş yelkeninin faydalarını korur. Bu nedenle, lazerle çalışan bir yelken, ışık hızına yakın hızlara hızlanmak için biraz zaman alırken, yalnızca ışığın kendisiyle sınırlı olabilir.
NASA’nın Jet Tahrik Laboratuvarı’nda ileri düzey itiş konsept çalışmaları direktörü Robert Frisbee tarafından üretilen 2000 çalışmasına göre, bir lazer yelkeni on yıldan daha kısa bir sürede ışık hızının yarısına kadar hızlandırılabilir. Ayrıca, yaklaşık 320 km (200 mil) çapında bir yelkenin Proxima Centauri'ye birazdan ulaşabileceğini hesapladı 12 yıl. Bu arada, yaklaşık 965 km (600 mil) çapında bir yelken, 9 yıl.
Bununla birlikte, böyle bir yelkenin erimeyi önlemek için gelişmiş kompozitlerden yapılması gerekir. Boyutuyla birlikte, bu oldukça kuruşa kadar ekleyecektir! Daha da kötüsü, bir yelkeni ışık hızının yarısına kadar sürecek kadar büyük ve güçlü bir lazer inşa etmekten kaynaklanan katıksız harcama. Frisbee’nin kendi araştırmasına göre, lazerler 17.000 terawatt'lık bir güç akışı gerektiriyordu - tüm dünyanın tek bir günde tükettiğine yakın.
Karşımadde Motoru:
Bilim kurgu hayranları karşımaddeyi duymuşlardır. Ancak bunu yapmazsanız, karşımadde, normal parçacıklarla aynı kütleye ancak ters yüke sahip olan antipartiküllerden oluşan bir malzemedir. Bu arada bir antimadde motoru, güç üretmek veya itme oluşturmak için madde ve antimadde arasındaki etkileşimleri kullanan bir itiş biçimidir.
Kısacası, bir karşımadde motoru hidrojen ve antihidrojen parçacıklarının birbirine çarpmasını içerir. Bu reaksiyon, termonükleer bir bomba kadar enerji ve piyon ve müon denilen atom altı parçacıkların bir duşunu ortaya çıkarır. Işık hızının üçte birinde hareket edecek olan bu parçacıklar daha sonra itme kuvveti oluşturmak için manyetik bir meme tarafından kanalize edilir.
Bu roket sınıfının avantajı, bir madde / antimadde karışımının geri kalan kütlesinin büyük bir kısmının enerjiye dönüştürülebilmesidir, bu da antimadde roketlerinin önerilen herhangi bir diğer roket sınıfından çok daha yüksek bir enerji yoğunluğuna ve özgül itkiye sahip olmasına izin verir. Dahası, bu tür bir reaksiyonu kontrol etmek, bir roketi ışık hızının yarısına kadar itebilir.
Pound pound, bu gemi sınıfı şimdiye kadar tasarlanan en hızlı ve yakıt açısından en verimli olacaktı. Geleneksel roketler, bir uzay gemisini hedefine itmek için tonlarca kimyasal yakıt gerektirirken, bir karşımadde motoru aynı işi sadece birkaç miligram yakıtla yapabilir. Aslında, yarım kilo hidrojen ve antihidrojen parçacıklarının karşılıklı imhası, 10 megatonluk bir hidrojen bombasından daha fazla enerji açığa çıkarır.
İşte tam da bu nedenle NASA'nın Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü (NIAC), gelecekteki Mars misyonları için teknolojiyi olası bir yöntem olarak araştırmıştır. Ne yazık ki, yakındaki yıldız sistemlerine yönelik görevler tasarlanırken, yolculuğu yapmak için gereken yakıt miktarı katlanarak çoğalır ve üretilmesiyle ilgili maliyet astronomik olur (pun yok!).
39. AIAA / ASME / SAE / ASEE Ortak Tahrik Konferansı ve Sergisi (ayrıca Robert Frisbee tarafından) için hazırlanan bir rapora göre, iki aşamalı bir antimadde roketin yolculuk yapmak için 815.000 metrik tondan (900.000 ABD ton) fazla yakıta ihtiyacı olacak Proxima Centauri'ye yaklaşık 40 yılda. Zaman çizelgeleri kadar kötü değil. Ama yine, maliyet…
Tek bir gram antimadde inanılmaz miktarda enerji üretirken, sadece bir gram üretmenin yaklaşık 25 milyon milyar kilowatt saat enerji gerektireceği ve bir trilyon dolardan fazla maliyet olacağı tahmin edilmektedir. Şu anda, insanlar tarafından oluşturulan toplam antimadde miktarı 20 nanogramdan azdır.
Ve ucuza karşı antimadde üretebilsek bile, gereken yakıt miktarını tutmak için devasa bir gemiye ihtiyacınız olacaktı. Arizona'daki Embry-Riddle Havacılık Üniversitesi'nden Dr. Darrel Smith ve Jonathan Webby'nin bir raporuna göre, bir antimadde motoruyla donatılmış yıldızlararası bir tekne 0,5 ışık hızına ulaşabilir ve Proxima Centauri'ye biraz fazla ulaşabilir 8 yıl. Bununla birlikte, geminin kendisi 400 metrik ton (441 ABD ton) ağırlığında olacak ve yolculuğu yapmak için 170 metrik ton (187 ABD ton) antimadde yakıta ihtiyaç duyacaktı.
Bunun olası bir yolu, daha sonra yakıt olarak depolayabileceği antimadde oluşturabilen bir kap yaratmaktır. Antimadde Roket Yıldızlararası Explorer Sistemi (VARIES) olarak bilinen bu kavram, Icarus Interstellar'dan Richard Obousy tarafından önerildi. Yerinde yakıt ikmali fikrine dayanarak, bir VARIES gemisi boş alanda ateşlendiğinde antimadde parçacıkları oluşturacak olan büyük lazerlere (muazzam güneş dizileriyle çalışır) güvenirdi.
Ramjet konseptine çok benzeyen bu teklif, yakıt taşıma sorununu uzaydan harcayarak çözüyor. Ama bir kez daha, böyle bir geminin saf maliyeti, mevcut teknoloji kullanılarak aşırı derecede pahalıya mal olacaktı. Ek olarak, büyük miktarlarda antimadde oluşturma yeteneği, şu anda yapabileceğimiz bir şey değildir. Radyasyon meselesi de var, çünkü madde karşıtı yok etme yüksek enerjili gama ışınlarının patlamalarını üretebilir.
Bu sadece mürettebat için önemli bir radyasyon kalkanı gerektiren bir tehlike sunmakla kalmaz, aynı zamanda maruz kaldıkları tüm radyasyondan atomik bozunmaya maruz kalmamalarını sağlamak için motorların da korunmasını gerektirir. Sonuç olarak, karşımadde motoru mevcut teknolojimiz ve mevcut bütçe ortamında tamamen pratik değildir.
Alcubierre Warp Sürücüsü:
Bilim kurgu hayranları da şüphesiz bir Alcubierre (veya “Warp”) Drive konseptine aşinadır. 1994'te Meksikalı fizikçi Miguel Alcubierre tarafından önerilen bu önerilen yöntem, Einstein'ın Özel Görelilik teorisini ihlal etmeden FTL seyahatini mümkün kılma girişimiydi. Kısacası, kavram, teorik olarak bir nesnenin önündeki boşluğun büzülmesine ve arkasındaki boşluğun genişlemesine neden olacak bir uzay-zaman dokusunun bir dalgada gerilmesini içerir.
Bu dalganın içindeki bir nesne (yani bir uzay gemisi), “çözgü kabarcığı” olarak bilinen bu dalgayı göreceli hızların ötesine sürebilir. Gemi bu balonun içinde hareket etmediği, ancak hareket ettikçe taşındığı için, uzay-zaman ve görelilik kuralları uygulanamaz. Nedeni, bu yöntemin yerel anlamda ışıktan daha hızlı ilerlemesine dayanmamasıdır.
Geminin hedefine, çözgü balonunun dışında seyahat eden bir ışık demetinden daha hızlı ulaşabilmesi anlamında “ışıktan daha hızlı”. Bir uzay aracının bir Alcubierre Drive sistemi ile donatılabileceğini varsayarsak, Proxima Centauri'ye 4 yıldan az. Teorik yıldızlararası uzay yolculuğu söz konusu olduğunda, bu en azından hız açısından en umut verici teknolojidir.
Doğal olarak, bu kavram yıllar içinde karşı argümanlardan payını almıştır. Aralarındaki şef, kuantum mekaniğini hesaba katmaması ve Her Şeyin Teorisi (geçersiz kuantum yerçekimi gibi) tarafından geçersiz kılınabilmesidir. Gereken enerji miktarına ilişkin hesaplamalar, bir çözgü tahrikinin çalışmak için engelleyici miktarda güç gerektirdiğini de göstermiştir. Diğer belirsizlikler arasında böyle bir sistemin güvenliği, varış noktasında uzay-zaman üzerindeki etkiler ve nedensellik ihlalleri sayılabilir.
However, in 2012, NASA scientist Harold Sonny White announced that he and his colleagues had begun researching the possibility of an Alcubierre Drive. In a paper titled “Warp Field Mechanics 101“, White claimed that they had constructed an interferometer that will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric.
In 2013, the Jet Propulsion Laboratory published results of a warp field test which was conducted under vacuum conditions. Unfortunately, the results were reported as “inconclusive”. Long term, we may find that Alcubierre’s metric may violate one or more fundamental laws of nature. And even if the physics should prove to be sound, there is no guarantee it can be harnessed for the sake of FTL flight.
In conclusion, if you were hoping to travel to the nearest star within your lifetime, the outlook isn’t very good. However, if mankind felt the incentive to build an “interstellar ark” filled with a self-sustaining community of space-faring humans, it might be possible to travel there in a little under a century if we were willing to invest in the requisite technology.
But all the available methods are still very limited when it comes to transit time. And while taking hundreds or thousands of years to reach the nearest star may matter less to us if our very survival was at stake, it is simply not practical as far as space exploration and travel goes. By the time a mission reached even the closest stars in our galaxy, the technology employed would be obsolete and humanity might not even exist back home anymore.
So unless we make a major breakthrough in the realms of fusion, antimatter, or laser technology, we will either have to be content with exploring our own Solar System or be forced to accept a very long-term transit strategy…
We have written many interesting articles about space travel here at Space Magazine. Here’s Will We Ever Reach Another Star?, Warp Drives May Come With a Killer Downside, The Alcubierre Warp Drive, How Far Is A Light Year?, When Light Just Isn’t Fast Enough, When Will We Become Interstellar?, and Can We Travel Faster Than the Speed of Light?
For more information, be sure to consult NASA’s pages on Propulsion Systems of the Future, and Is Warp Drive Real?
And fans of interstellar travel should definitely check out Icarus Interstellar and the Tau Zero Foundation websites. Keep reaching for those stars!
