4 Raumschiffkonzepte, die in Zukunft Realität werden könnten

1. Wird explodieren

Videoaufnahme: DrRhysy / YouTube

Wir alle haben zumindest eine vage Vorstellung davon, wie zerstörerisch Atomwaffen sind. Es scheint, dass die Verwendung einer so gefährlichen Sache wahrscheinlich nicht zu etwas Gutem führt.

Aber die Physiker Stanislav Ulam und Freeman Dyson haben entschiedenG. Dyson. Projekt Orion: Die wahre Geschichte des atomaren Raumschiffsdass diese Kraft auch in einen kreativen Kanal gelenkt werden kann. Und in den 60er Jahren schlugen sie die Idee eines interstellaren Raumschiffs vor, das fliegen würde, indem es sich mit kontrollierten Atomexplosionen antreibte.

Warum also riesige Treibstofftanks durch die Weiten des Universums tragen, wenn man stattdessen hundert oder zwei Atomsprengköpfe mitnehmen kann?

Das Projekt wurde Orion oder nuklearbetriebene Raumsonde genannt. Das Funktionsprinzip des Geräts ist wie folgt.

Im Orbit baumelt ein Schiff, das in die Randgebiete des Sonnensystems oder sogar zu anderen Sternen fliegen soll. Im richtigen Moment feuert er irgendwo hundert Meter hinter ihm eine Wasserstoffbombe ab, die explodiert und das Flugzeug mit einer Stoßwelle nach vorne lenkt. Wenn die Dynamik des Stoßes nachlässt, wird die nächste Bombe abgefeuert, dann noch eine und noch eine. Das ist viel effektiver, als es abgedroschen ist, mit einer Rakete zu fliegen.

Die Idee selbst war super. Aber die "Explosion", wie die Entwicklung genannt wurde, hatte viele Probleme, die zu diesem Zeitpunkt der Entwicklung von Wissenschaft und Technik nicht gelöst werden konnten. Es war nicht klar, wie das Heck des Schiffes vor relativistischem Plasma, Gammastrahlen und Lichtblitzen geschützt werden sollte. Es wurde davon ausgegangen, dass die reflektierende Platte mit einer ablativen Beschichtung aus Graphitfett überzogen ist, die ebenfalls nach jeder Explosion aufgefrischt werden muss.

Es bestehen jedoch gewisse Zweifel, dass es möglich ist, einen Schild zu konstruieren, der der Detonation von Hunderten von Wasserstoffbomben fast aus nächster Nähe standhält.

Darüber hinaus war es eine ziemlich riskante Aufgabe, einen Apparat mit Hunderten von Atombomben an Bord in den Orbit zu bringen. In den 60er Jahren bis Strahlung einfacher behandelt als jetzt - anscheinend glaubten sie, dass sie nur diejenigen tötet, die Angst vor ihr haben.

Anfangs ging man davon aus, dass Orion von selbst abheben würde, also direkt in der Atmosphäre Atomexplosionen unter ihm machen würde. Dann merkten die Wissenschaftler immer noch, dass sie aufgeregt waren und beschlossen, Kernladungen nur im luftlosen Raum zu zünden.

Aber selbst in diesem Fall, wenn etwas nicht nach Plan läuft und eine Rakete mit einer so gefährlichen Ladung nicht ins All gelangt, kommt es an der Stelle, an der sie einschlägt, zu einer echten Strahlenkatastrophe. Daher wurde das Projekt verschobenG. Dyson. Projekt Orion: Die wahre Geschichte des atomaren Raumschiffs auf Sparflamme und wurde dann mit der Unterzeichnung des Vertrags über einen teilweisen Teststopp 1963 komplett geschlossen.

Trotzdem taucht die Idee eines interstellaren Raumschiffs, das durch eine Atombombe beschleunigt wird, immer noch in den Köpfen der Physiker auf.

2. Solar-Segelboot

Video: The Planetary Society / YouTube

Der Ausdruck "solar (oder photonisches) Segel" klingt ziemlich fantastisch. Dennoch handelt es sich um eine echte und sogar bereits bewährte Technologie. Im Juni 2019 wurde die LightSail-2-Sonde mit einem solchen Motor erfolgreich getestet.Was Sie erwartet, wenn LightSail 2 in den Weltraum / Planetary Society startet im Weltraum.

Tatsache ist, dass Photonen – die Teilchen, aus denen Licht besteht – Druck ausüben können, wenn sie mit einer Oberfläche in Kontakt kommen. Das heißt, Sonnenlicht im Weltraum kannG. Vulpetti. Schnelles Sonnensegeln: Astrodynamik spezieller Segelflugbahnen schieben Sie das Segel wie der Wind auf der Erde.

Lediglich das Segel muss aus einem ultradünnen absorbierenden Material gefertigt werden – zum Beispiel aus einer 30 Nanometer dicken Aluminiumfolie. Und es sollte mindestens ein paar Quadratkilometer groß sein.

Zum Vergleich: Die Fläche der LightSail-2-Sonde betrug nur 32 Quadratmeter.

Ein Apparat mit einem Sonnensegel muss nicht Dutzende und Hunderte Tonnen Treibstoff mit sich führen: Er wird fliegen können, wohin das Sonnenlicht reicht. Es stimmt, es gibt potenzielle Schwierigkeiten bei der Umsetzung des Konzepts.

Die wichtigste ist, wie man das Segel vor Beschädigungen schützt. Es ist immerhin eine hauchdünne undurchsichtige Leinwand, die die Festigkeit von Toilettenpapier hat und durchläuft Leere Mit halsbrecherischer Geschwindigkeit. Jeder Gegenstaub kann ein anständiges Loch darin machen.

3. Photonen-Rakete

Ein solches Raumschiff arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie ein Solarsegelschiff, nur umgekehrt. Denn wenn die PhotonenE. G. Haug. Die ultimativen Grenzen der relativistischen Raketengleichung. Die Planck-Photonen-Rakete / Acta Astronautica können auf die Oberfläche drücken, mit der sie in Kontakt kommen, sie können auch den Motor abwerfen, der sie produziert. Das Ergebnis ist eine Rakete, die nicht durch brennenden Treibstoff, sondern durch Licht angetrieben wird.

Ja, im Vakuum beschleunigt sogar eine einfache Taschenlampe, wenn sie eine sehr haltbare Energiequelle erhält, allmählich und treibt sich selbst mit den emittierten Photonen an. Es reicht aus, es mit einer Glühbirne gegen das Ziel zu drehen und das Licht einzuschalten.

Es stimmt, die Taschenlampe wird so langsam fliegen, dass es Milliarden von Jahren dauern wird, um auf spürbare Geschwindigkeiten zu beschleunigen. Dies ist jedoch ein lösbares Problem - Sie müssen das Gerät nur größer machen.

Aber die Stromversorgung eines solchen Scheinwerfers wird eine andere Aufgabe sein. Der Physiker Daniel Tommasini von der Universität Vigo hat berechnetD. Tommasini. Kommentar zu „Die ultimativen Grenzen der relativistischen Raketengleichung. Die Planck-Photonen-Rakete “/ Acta Astronauticadass selbst der effizienteste Kernreaktor ein photonisches Schiff nur um 0,02 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann.

Das sind etwa 60 km / s, was für Reisen durch das Sonnensystem schon recht gut ist. Aber um zum nächsten Stern zu winken, braucht man bessere Energiequellen als einen banalen Kernreaktor. Zum Beispiel eine gute Versorgung mit Antimaterie-Brennstoff oder ein schwarzes Loch im Taschenformat.

Wenn Antimaterie mit Materie kollidiert, wird eine riesige Menge an reiner Energie freigesetzt. Es stimmt, die Produktion von Antimaterie ist unglaublich teures Vergnügen: die Schaffung von einem Gramm Antiwasserstoff, haben NASA-Wissenschaftler geschätztNach den Sternen greifen / Science NASA 62,5 Billionen Dollar. Und es wird Tonnen davon brauchen, um den Vernichtungsreaktor zu speisen.

Schwarze Löcher sind noch effizientere Energiequellen. Sie können verwendet werden, um die sogenannten singulären oder kollabierenden Reaktoren herzustellen, wie Stephen Hawking argumentierte. Das Schwarze Loch erzeugt Strahlung, die allmählich verdampft.

BerechnetL. Kran. Sind Schwarze-Loch-Raumschiffe möglich / Allgemeine Relativitätstheorie und Quantenkosmologiedass ein solches Loch mit einem Gewicht von 606.000 Tonnen etwa 3,5 Jahre lang verdampft und in dieser Zeit 160 Petawatt Energie erzeugt. Nur eine wilde Zahl: genug Energie, um in 20 Tagen auf 10 % der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.

Es bleibt nur noch herauszufinden, wie man ein Schwarzes Loch baut und im Schiff speichert, und eine kompakte Batterie mit unglaublicher Leistung ist fertig. Hauptsache nicht mit den Fingern reinstecken, sonst werden sie Singular, das heißt, wird auf einen Punkt schrumpfen. Zusammen mit allen anderen Körperteilen.

4. Laserbetriebenes Schiff

Video: School of Physics - The University of Sydney / YouTube

Die obigen Konzepte haben ein gemeinsames Problem: Sie müssen ihre Energiequellen mit sich führen. Raketentreibstoff, Kernbrennstoff, Antimaterie oder ein Schwarzes Loch wiegen viel und reduzieren die Nutzlast. Wir müssen zusätzliche Energie aufwenden, um diese Wirtschaft zu bewegen.

Ein Solarsegelboot muss nichtG. A. Landis. Interstellarer Flug mit Partikelstrahl / NASA tragen viele Tonnen Treibstoff, aber es hat auch eine Einschränkung: Es fliegt nur dort, wo der Sonnenwind weht, und wird im interstellaren Raum nicht so nützlich sein.

Ein durch einen Laser beschleunigtes Schiff hat jedoch keine derartigen Nachteile. Dies ist ein Analogon eines Raumschiffs mit Segel, aber es wird nicht durch das Licht der Sonne, sondern durch eine gerichtete Strahlungsquelle mit Gigawatt beschleunigt.

Das Prinzip ist folgendes: Eine interstellare Sonde breitet das Segel aus, und ein riesiger Laserbeschleuniger auf der Erde oder in einer sonnennahen Umlaufbahn bestrahlt es und schiebt es dorthin, wo es hingehört.

Nehmen wir an, wir haben auf die erforderliche Geschwindigkeit beschleunigt, aber wie bremst man am Ankunftsort bei einigen Proxima Centauri oder Barnard's Star? Im Vorfeld gibt es keine Möglichkeit, einen zweiten Laser der gleichen Art anzutreiben - wir haben sogar einen mühsam in einer sonnennahen Umlaufbahn gebaut.

Aber keine Sorge, daran haben die Physiker Jeffrey Landis und Carver Andrews schon lange gedacht.G. A. Landis. Überlegungen zu Optik und Materialien für ein lasergetriebenes Lichtsegel / NTRS. Bei Bedarf kann das Gerät mit Hilfe der Energie der Photonen, die ihm vom Laser zugeführt werden, nicht nur beschleunigen, sondern auch abbremsen.

Wir führen sie einfach am Segel vorbei auf einen riesigen Spiegel, sie werden auf dem Segel reflektiert, aber von der anderen Seite. Und wir bekommen die Möglichkeit, in die dem Laser entgegengesetzte Richtung zu fliegen. Das heißt, wir können nicht nur mit Lichtgeschwindigkeit zu fernen Sternen fahren, sondern auch zurückkehren.

Dieser Mechanismus der interstellaren Reise scheint der machbarste zu sein. Am 12. April 2016 schlug Stephen Hawking vorIn 4,37 Lichtjahren nach den Sternen greifen / The New York Times eine Gruppe von Sonden mit einem Gewicht von 0,5 g zu Alpha Centauri schicken, die von einem Laser von der Erdoberfläche auf 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird. Die Flugzeit beträgt theoretisch 20 Jahre, und die von den Sonden bei der Ankunft am Standort übertragenen Daten werden weitere 5 Jahre in Form von Funkübertragungen zurückgeschickt.

Mich selber Hawking erlebte die Verwirklichung seiner Idee nicht mehr, aber das Projekt Breakthrough Starshot wird weiter entwickelt. Es wird vom russischen Geschäftsmann Yuri Milner und dem Meta-Besitzer Mark Zuckerberg finanziert. Vielleicht sucht letzterer einfach nach einer Möglichkeit, nach Hause zurückzukehren.