4 concetti di astronavi che potrebbero essere una realtà in futuro

1. esploderà

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Abbiamo tutti almeno una vaga idea di quanto siano distruttive le armi nucleari. Sembrerebbe che l'uso di una cosa così pericolosa non porti a qualcosa di buono.

Ma i fisici Stanislav Ulam e Freeman Dyson hanno decisoG. Dyson. Project Orion: la vera storia dell'astronave atomicache questa forza può anche essere indirizzata in un canale creativo. E negli anni '60, hanno proposto l'idea di un veicolo interstellare che volerebbe spingendosi con esplosioni nucleari controllate.

In effetti, perché trasportare enormi serbatoi di carburante attraverso la vastità dell'Universo, se puoi invece portare con te cento o due testate atomiche?

Il progetto si chiamava Orion, o navicella spaziale a propulsione nucleare. Il principio di funzionamento dell'unità è il seguente.

Una nave penzola in orbita, che intende volare alla periferia del sistema solare o anche verso altre stelle. Al momento giusto, rilascia una bomba all'idrogeno da qualche parte un centinaio di metri dietro di lui, che esplode e dirige l'aereo in avanti con un'onda d'urto. Quando lo slancio della spinta inizia a diminuire, viene lanciata la bomba successiva, poi un'altra e un'altra ancora. Questo è molto più efficace, sai, di quanto sia banale volare su un razzo.

L'idea in sé era fantastica. Ma l'"esplosione", come è stato soprannominato lo sviluppo, ha avuto molti problemi che non potevano essere risolti in questa fase dello sviluppo della scienza e della tecnologia. Non era chiaro come proteggere la parte posteriore della nave da plasma relativistico, raggi gamma e lampi di luce. Si presumeva che la lastra riflettente sarebbe stata ricoperta da un rivestimento ablativo di grasso di grafite, che avrebbe anche bisogno di essere rinfrescato dopo ogni esplosione.

Tuttavia, ci sono alcuni dubbi che sia possibile progettare uno scudo in grado di resistere alla detonazione di centinaia di bombe all'idrogeno quasi a bruciapelo.

Inoltre, mettere in orbita un apparato con centinaia di bombe atomiche a bordo era un compito piuttosto rischioso. Negli anni '60 a radiazione trattata in modo più semplice di adesso - a quanto pare, credevano che uccidesse solo coloro che hanno paura di lei.

Inizialmente, si presumeva che Orion sarebbe decollato da solo, cioè avrebbe prodotto esplosioni atomiche al di sotto di esso proprio nell'atmosfera. Quindi gli scienziati si resero ancora conto di essersi eccitati e decisero di far esplodere le cariche nucleari solo nello spazio senz'aria.

Ma anche in questo caso, se qualcosa non va secondo i piani e un razzo con un carico così pericoloso non raggiunge lo spazio, si verificherà una vera catastrofe di radiazioni nel luogo in cui cade. Pertanto, il progetto è stato rinviatoG. Dyson. Project Orion: la vera storia dell'astronave atomica nel dimenticatoio, e poi, con la firma del Parziale Test Ban Treaty nel 1963, fu completamente chiusa.

Tuttavia, l'idea di un veicolo spaziale interstellare accelerato da una bomba atomica riaffiora ancora nella mente dei fisici.

2. Barca a vela solare

Video: The Planetary Society / YouTube

La frase "vela solare (o fotonica)" suona piuttosto fantastica. Tuttavia, questa è una tecnologia reale e persino già collaudata. Nel giugno 2019, la sonda LightSail-2 con tale motore è stata testata con successo.Cosa aspettarsi quando LightSail 2 verrà lanciato nello spazio/Società planetaria nello spazio.

Il fatto è che i fotoni - le particelle che compongono la luce - possono esercitare una pressione quando entrano in contatto con una superficie. Cioè, la luce del sole nello spazio è capace diG. Volpetti. Vela solare veloce: astrodinamica delle traiettorie speciali di velieri spingi la vela come fa il vento sulla Terra.

Solo la vela dovrà essere creata da un materiale assorbente ultrasottile, ad esempio da una pellicola di alluminio spessa 30 nanometri. E dovrebbe avere una dimensione di almeno pochi chilometri quadrati.

Per fare un confronto, l'area della sonda LightSail-2 era di soli 32 metri quadrati.

Un apparato con una vela solare non deve portare con sé decine e centinaia di tonnellate di carburante: potrà volare ovunque raggiunga la luce del sole. È vero, ci sono potenziali difficoltà nell'attuazione del concetto.

Il principale è come proteggere la vela dai danni. Dopotutto è una tela opaca sottilissima che ha la forza della carta igienica e scorre attraverso vuoto a rotta di collo. Qualsiasi contro granello di polvere può fare un buco decente.

3. Fotone razzo

Un simile veicolo spaziale utilizza lo stesso principio di una nave a vela solare, solo il contrario. Dopotutto, se i fotonie. G. Haug. I limiti ultimi dell'equazione relativistica del razzo. Il razzo fotonico Planck / Acta Astronautica sono in grado di premere sulla superficie con cui vengono a contatto, possono anche scaraventare via il motore che li produce. Il risultato è un razzo che viene azionato non dalla combustione di carburante, ma dalla luce.

Sì, nel vuoto, anche una semplice torcia, se dotata di una fonte di energia molto durevole, accelererà gradualmente, spingendosi con i fotoni emessi. Basta accenderlo con una lampadina contro il bersaglio e accendere la luce.

È vero, la torcia volerà così lentamente che ci vorranno miliardi di anni per accelerare a velocità notevoli. Ma questo è un problema risolvibile: devi solo ingrandire il dispositivo.

Ma alimentare un tale proiettore sarà un altro compito. Il fisico Daniel Tommasini dell'Università di Vigo ha calcolatoD. Tommasini. Commento su “i limiti ultimi dell'equazione relativistica del razzo. Il razzo fotonico di Planck ”/ Acta Astronauticache anche il reattore nucleare più efficiente sarà in grado di accelerare una nave fotonica solo dello 0,02% della velocità della luce.

Questo è da qualche parte intorno ai 60 km / s, che è già abbastanza buono per viaggiare attraverso il sistema solare. Ma per salutare la stella più vicina, avrai bisogno di fonti di energia migliori di un banale reattore nucleare. Ad esempio, una buona scorta di carburante antimateria o un buco nero tascabile.

Quando l'antimateria si scontra con la materia, rilascia un'enorme quantità di energia pura. È vero, la produzione di antimateria è incredibile piacere costoso: gli scienziati della NASA hanno stimato la creazione di un grammo di antiidrogenoRaggiungere le stelle / Scienza NASA $ 62,5 trilioni. E ne serviranno tonnellate per alimentare il reattore di annientamento.

I buchi neri sono fonti di energia ancora più efficienti. Possono essere usati per realizzare i cosiddetti reattori singolari, o collapsar, come sosteneva Stephen Hawking. Il buco nero crea radiazioni, evaporando gradualmente.

Calcolatol. Gru. Le astronavi del buco nero sono possibili / Relatività generale e cosmologia quantistica?che uno di questi fori del peso di 606.000 tonnellate evaporerà per circa 3,5 anni, creando 160 petawatt di energia durante questo periodo. Solo una cifra selvaggia: energia sufficiente per accelerare al 10% la velocità della luce in 20 giorni.

Resta solo da capire come creare un buco nero e come conservarlo nella nave, e una batteria compatta di incredibile potenza è pronta. L'importante è non infilarci le dita, altrimenti diventeranno singolare, cioè, si ridurrà a un punto. Insieme a tutte le altre parti del corpo.

4. Nave a propulsione laser

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

I concetti di cui sopra hanno un problema comune: dovranno portare con sé le loro fonti di energia. Il carburante per missili, il combustibile nucleare, l'antimateria o un buco nero pesano molto e riducono il carico utile. Dovremo spendere energie extra per spostare questa economia.

Una barca a vela solare non dovràG. UN. Landi. Volo interstellare con fascio di particelle / NASA trasporta molte tonnellate di carburante, ma ha anche un limite: vola solo dove soffia il vento solare, e non sarà così utile nello spazio interstellare.

Tuttavia, una nave accelerata da un laser non ha tali svantaggi. Questo è un analogo di un'astronave con una vela, ma non sarà accelerato dalla luce del sole, ma da una fonte di radiazione direzionale da gigawatt.

Il principio è questo: una sonda interstellare spiega la vela e un enorme acceleratore laser sulla Terra o in un'orbita quasi solare la illumina e la spinge dove deve essere.

Diciamo che abbiamo accelerato alla velocità richiesta, ma come frenare al punto di arrivo a qualche Proxima Centauri o Barnard's Star? In anticipo, non c'è modo di pilotare un secondo laser dello stesso tipo: ne abbiamo persino costruito uno in un'orbita quasi solare con difficoltà.

Ma non preoccuparti, i fisici Jeffrey Landis e Carver Andrews ci hanno pensato molto tempo fa.G. UN. Landi. Considerazioni sull'ottica e sui materiali per una vela di luce a propulsione laser / NTRS. Se necessario, l'apparato può non solo accelerare, ma anche decelerare con l'aiuto dell'energia dei fotoni inviati dal laser.

Li passiamo appena oltre la vela su un enorme specchio, si riflettono sulla vela, ma dall'altra parte. E abbiamo l'opportunità di volare nella direzione opposta al laser. Cioè, saremo in grado non solo di guidare verso stelle lontane alla velocità della luce, ma anche di tornare.

Questo meccanismo di viaggio interstellare sembra essere il più fattibile. Il 12 aprile 2016, Stephen Hawking ha propostoRaggiungere le stelle, attraverso 4,37 anni luce / The New York Times inviare un gruppo di sonde del peso di 0,5 g ad Alpha Centauri, accelerato al 20% della velocità della luce da un laser dalla superficie terrestre. In teoria impiegheranno 20 anni per volare e i dati trasmessi dalle sonde all'arrivo sul sito viaggeranno a ritroso sotto forma di trasmissioni radio per altri 5 anni.

Io stesso Hawking non ha vissuto abbastanza per vedere realizzata la sua idea, ma un progetto chiamato Breakthrough Starshot continua a essere sviluppato. È finanziato dall'uomo d'affari russo Yuri Milner e dal proprietario di Meta Mark Zuckerberg. Forse quest'ultimo sta semplicemente cercando un modo per tornare a casa.