Войти
A ПВРД Bussard, один из многих методов, которые могут быть для приведения в движение космического корабля. Межзвездное путешествие - это гипотетическое путешествие пилотируемого или беспилотного космического корабля между звездми или планетными системами в галактике. Межзвездное путешествие было бы намного труднее, чем Межпланетный космический полет. В то время как расстояние между планетами в Солнечной системе меньше 30 астрономических единиц (а.е.) расстояния между звездми обычно составляют сотни тысяч а.е., и обычно выражается в световых годах. Из-за огромных расстояний практические межзвездные путешествия, основанные на известной физике, будут происходить с высоким процентом от скорости света, что позволит пройти значительно время, по крайней мере, от десятилетий до, возможно, тысячелетий или дольше.
Скорости, необходимые для межзвездных путешествий при жизни человека, превышают те, которые могут обеспечить современные методы космических путешествий. Даже с гипотетически эффективной двигательной установкой кинетическая энергия, соответствующая сегодняшним стандартам выработки энергии. Более того, столкновения космического корабля с космической пылью и газом могут вызвать очень опасные последствия как для пассажиров, так и для самого космического корабля.
Для решения этих проблем был предложен ряд стратегий, в том числе от гигантских ковчегов, которые будут перевозить целые общества и экосистемы, до микроскопических космических зондов. Было предложено множество различных силовых установок космических аппаратов для обеспечения необходимой скорости космических аппаратов, включая ядерную двигательную установку, установку с пучковым приводом и методы, основанные на умозрительной физике. 40>
Для межзвездных путешествий как с экипажем, так и без экипажа необходимо решить основные технологические и экономические проблемы. Даже самые оптимистичные взгляды на межзвездные путешествия считают, что это возможно только через десятилетия. Однако, несмотря на проблемы, если или когда будет реализовано межзвездное путешествие, ожидается широкий спектр преимуществ.
концепций межзвездных путешествий требуют развитой системы космической логистики, способной перемещать миллионы тонн в конструкцию. / рабочее место, и большинству из них потребуется мощность в гигаваттном масштабе для строительства или питания (например, концепции типа Star Wisp или Light Sail ). Такая система могла бы органически развиваться, если бы космическая солнечная энергия стала важным компонентом энергобаланса Земли. Потребительский спрос на мульти тераваттную систему автоматически создаст логистическую систему объемом в несколько миллионов тонн в год.
Расстояния между планетами в Солнечной системе часто измеряются в астрономических единицах (а. е.), определяемых как среднее расстояние между Солнцем и Землей, примерно 1,5 × 10 км (93 миллиона миль). с). Венера, ближайшая к Земле планета, находится (при самом близком приближении) на расстоянии 0,28 а.е. Нептун, самая дальняя планета от Солнца, находится на расстоянии 29,8 астрономических единиц. По состоянию на 25 января 2020 года космический зонд «Вояджер», самый удаленный от Земли объект, созданный руками человека, находится на расстоянии 200 а.е.
Ближайшая из известных звезд, Проксима Центавра, находится примерно в 268,332 а.е., что в 9000 раз дальше, чем Нептун.
| Объект | А.У. | световое время |
|---|---|---|
| Луна | 0,0026 | 1,3 секунды |
| Солнце | 1 | 8 минут |
| Венера (ближайшая планета) | 0,28 | 2,41 минуты |
| Нептун (самая дальняя планета) | 29,8 | 4,1 часа |
| Вояджер 1 | 148,7 | 20:41 часов |
| Проксима Центавра (ближайшая звезда и экзопланета) | 268,332 | 4,24 года |
Из-за этого расстояния между звездами обычно выражаются в световых лет (определяется как расстояние, которое проходит в вакууме за один юлианский год ) или в парсеках (один парсек составляет 3,26 св. лет, расстояние, на котором звездный параллакс составляет ровно одну угловую секунду, отсюда и название). Свет в вакууме распространяется примерно на 300 000 километров (186 000 миль) в секунду, поэтому 1 световой год составляет около 9 461 × 10 километров (5 879 триллионов миль) или 63 241 а.е. Проксима Центавра, ближайшая (хотя и не видимая невооруженным глазом) звезда, находится на расстоянии 4,243 светового года.
Другой способ понять безмерность межзвездных расстояний - это масштабирование: одну из ближайших к Солнцу звезд, Альфа Центавра A (звезда, подобная Солнцу), можно изобразить путем масштабирования. на расстояние Земля - Солнце до одного метра (3,28 фута). В этом масштабе расстояние до Альфы Центавра A будет 276 километров (171 миля).
Самый быстрый из всех отправленных космических кораблей, "Вояджер-1", преодолел 1/600 светового года за 30 лет и в настоящее время движется со скоростью 1/18000 скорости света. При такой скорости путешествие к Проксиме Центавра заняло бы 80 000 лет.
Существенным фактором, усугубляющим трудности, энергия, которая должна быть предоставлена для получения разумного времени путешествия. Нижняя граница требуемой энергии - это кинетическая энергия 
Скорость полета с экипажем туда и обратно за несколько десятилетий даже до ближайшей звезды в несколько тысяч раз больше, чем у современных космических аппаратов. Это означает, что из-за члена 
Знание свойств межзвездного газа и пыли, через которые должен пройти аппарат, необходимо пройти для разработки любой межзвездной космической миссии. Основная проблема, связанная с высокими скоростями, заключается в том, что межзвездная пыль может нанести значительный ущерб аппарату из-за высоких скоростей и большой кинетической энергии. Были предложены различные методы экранирования для смягчения этой проблемы. Более крупные объекты (например, макроскопические пылинки) встречаются гораздо реже, но гораздо более разрушительны. Риски столкновения с такими объектами и методы снижения этих рисков обсуждаются в литературе, но многие неизвестные препятствия из-за неоднородного распределения межзвездного вещества вокруг Солнца будут зависеть от направления движения. Межзвездные воздушные двигатели, межзвездные воздушные двигатели и некоторые предлагаемые концепции замедления межзвездных космических аппаратов на самом деле выиграют в более плотной межзвездной среде.
Экипаж межзвездного столкновения включает психологические эффекты длительной изоляцию, последствия воздействия ионизирующего излучения и физиологические воздействия невесомости на мышцы, суставы, кости, иммунную систему и глаза. Также существует риск удара микрометеороидов и другого космического мусора. Эти риски представляют собой проблемы, которые еще предстоит преодолеть.
Физик Роберт Л. Форвард утверждал, что межзвездная миссия не может быть завершена за 50 лет вообще не должно запускаться. Вместо этого предполагаемая, ресурсы полагаются на лучшую кривую скорости двигательной установки. Это связано с тем, что медленный космический корабль, вероятно, будет пропущен другой миссией, отправленной позже с более продвинутой двигательной системой (постулат о постоянном устаревании).
С другой стороны, Эндрю Кеннеди показал, что может вычислить время полета до данного пункта назначения, благодаря скорости движения, полученная в результате этого роста (даже экспоненциального роста), увеличивается, существует четкий минимум общего времени до пункта назначения с этого момента. Рейсы, предпринятые до минимума, будут обгонять те, которые отправляются как минимум, когда рейсы отправляются после минимума, никогда не обгонят те, которые ушли как минимум.
Существуют 59 известных звездных систем в пределах 40 световых лет от Солнца, установить 81 видимуюу. Следующие объекты могут считаться целями для межзвездных миссий:
| Система | Расстояние | Примечания |
|---|---|---|
| Альфа Центавра | 4.3 | Ближайшая. Три звезды (G2, K1, M5). Компонент A похож на Солнце (звезда G2). 24 августа 2016 года было объявлено об открытии экзопланеты размером с Землю (Proxima Centauri b ), вращающейся в окружающей зоне Проксимы Центавра. |
| Звезда Барнарда | 6 | Маленький малосветимый M5 красный карлик. Второй по близости к Солнечной системе. |
| Сириус | 8.7 | Большая, очень яркая звезда A1 с белым карликом компаньоном. |
| Эпсилон Эридана | 10,8 | Одиночная звезда K2 немного меньше и холоднее Солнца. Он имеет два пояса астероидов, может гигантскую планету и одну гораздо большую планету, а также может обладать планетной системой типа Солнечной системы. |
| Тау Кита | 11,8 | Одиночная звезда G8, похожая на Солнце. Высокая вероятность обладания планетной системой типа Солнечной системы: текущие данные показывают 5 планет, две из которых находятся в обитаемой зоне. |
| Волк 1061 | ~ 14 | Волк 1061 c в 4,3 раза больше Земли; местность может быть каменистой. Он также находится в зоне «Златовласки», где может существовать жидкая вода. |
| Планетная система Gliese 581 | 20.3 | Многопланетная система. Неподтвержденная экзопланета Gliese 581g и подтвержденная экзопланета Gliese 581d находится в обитаемой зоне звезды. |
| Gliese 667C | 22 | Система, существая как из шести планет. Рекордные три из этих планет - это суперземли, расположенные в зоне вокруг звезды, где существовать жидкая вода, что делает их возможными кандидатами на жизнь. |
| Вега | 25 | Очень молодая система, возможно, в процессе планетарного образования. |
| TRAPPIST-1 | 39 | недавно обнаруженная система, которая может похвастаться 7 планетами земного типа, некоторые из которых могут иметь жидкую воду. Это открытие является крупным достижением в поиске пригодной для жизни планеты и планеты. |
Существующие и перспективные астрономические технологии способны обнаруживать планетные системы вокруг этих объектов, повышающие их потенциал для исследований
Медленные межзвездные миссии, основанные на современных и ближайших технологиях двигательных установок, связаны со временем полета от ста до тысяч лет. Эти миссии состоят из отправки роботизированного зонда к ближайшей звезде для исследования, подобного межпланетным зондам, используемым в программе Voyager. Отсутствие позволяет снизить стоимость и сложность миссии, хотя срок технологий по-прежнему является серьезной проблемой после достижения разумной скорости полета. Предлагаемые концепции включают Project Daedalus, Project Icarus, Project Dragonfly, Project Longshot и совсем недавно Breakthrough Starshot.
В ближайшем будущем может появиться возможность создания нанокосмических аппаратов, близких к скорости света, построенных на существующей технологии микрочипов с недавно разработанным наноразмерным двигателем. Исследователи из Мичиганского университета разрабатывают двигатели, использующие наночастицы в качестве топлива. Их технология называется «двигатель для извлечения поля наночастиц» или nanoFET. Эти устройства как небольшие ускорители частиц, выбрасывающие проводящие наночастицы в космос.
Мичио Каку, физик-теоретик, предположил, что облака «умной пыли» будут идти к звездам, что может стать возможным с развитием нанотехнологии. Каку также отмечает, что потребуется отправить большое количество нанозондов из-за уязвимости очень маленьких зондов, которые могут легко отклоняться магнитными полями, микрометеоритами и другими опасностями, чтобы хотя бы один нанозонды выживать в путешествии и достигнет пункта назначения.
Учитывая легкий вес этих зондов, для их ускорения потребуется гораздо меньше энергии. С бортовыми солнечными элементами они постоянно ускорялись, используя солнечную энергию. Можно представить себе день, когда флот из миллионов или даже миллиардов этих частиц устремится к далеким звездам почти со скоростью света и ретранслирует сигналы обратно на Землю через обширную межзвездную коммуникационную сеть.
В качестве краткосрочного решения в контексте Project Dragonfly.
были предложены небольшие межзвездные зонды с лазерным двигателем, основанные на современной технологии CubeSat. В миссиях с экипажем продолжительность межзвездного путешествия представляет собой серьезное препятствие, и концепции решают эту проблему по-разному. Их можно отличить по «состоянию», в котором люди перевозятся на борту космического корабля.
A корабль поколения (или мировой корабль ) - это тип межзвездного поколения ковчега, на котором спускается экипаж, прибывший в пункт назначения от тех, кто отправился в путь. Корабли генерации в настоящее время невозможны из-за сложности постройки корабля необходимого огромного размера и огромных биологических и социологических проблем.
Ученые и писатели постулировали различные методы для приостановленной анимации. К ним защитой гибернация человека и крионирование. Хотя ни то, ни другое в настоящее время не практично, они обеспечивают возможность спящих кораблей, в которые пассажиры лежат неподвижно в течение длительного периода путешествия.
A роботизированные межзвездные миссии наличие некоторого количества замороженных человеческих эмбрионов на ранней стадии - еще одна теоретическая возможность. Этот метод колонизации космоса требует, среди прочего, разработки искусственной матки, предварительного обнаружения обитаемой планеты земной группы и достижений в этой области. полностью автономных мобильных роботов и обучающих роботов, которые заменят человеческих родителей.
Межзвездное пространство не совсем пусто; он содержит триллионы ледяных тел, от небольших астероидов (облако Оорта ) до преступника планет-изгоев. Могут быть способы использовать эти ресурсы в течение части межзвездного путешествия, медленно переходя от тела к или установить путевые станции по пути.
Если космический корабль может в среднем 10% света (и замедление в назначении скорости для миссий с экипажем человека), этого будет достаточно, чтобы достичь Проксимы Центавра за сорок лет. Было предложено несколько концепций силовых установок, которые в конечном итоге могут быть разработаны для достижения этой цели (см. § Propulsion ниже), но ни одна из них не готова к ближайшим (несколько десятилетий) разработкам по приемлемой цене.
Физики обычно считают, что путешествие быстрее скорости света невозможно. Релятивистское замедление времени позволяет путешественнику воспринимать время медленнее, чем ближе его скорость к скорости света. Это кажущееся замедление становится заметным, когда достигается скорость выше 80% скорости света. Часы на борту межзвездного корабля будут работать медленнее, чем часы Земли, поэтому, если бы двигатели корабля были способны непрерывно генерировать ускорение около 1 g (что удобно для людей), корабль мог бы достичь почти любой точки галактики и вернуться на Землю за 40 минут. лет отгрузки (см. диаграмму). По возвращении будет разница между временем, прошедшим на корабле астронавта, и временем, прошедшим на Земле.
Например, космический корабль может отправиться к звезде на расстоянии 32 световых лет от нас, сначала разгоняясь с постоянной скоростью 1,03g (т. Е. 10,1 м / с) в течение 1,32 года (время корабля), затем останавливая двигатели и двигаясь по инерции. в течение следующих 17,3 лет (судовое время) с постоянной скоростью, затем снова замедляясь на 1,32 судовых года и останавливаясь в пункте назначения. После непродолжительного визита космонавт мог вернуться на Землю тем же путем. После полного обхода часы на борту корабля показывают, что прошло 40 лет, но, по мнению землян, корабль возвращается через 76 лет после запуска.
С точки зрения космонавта, бортовые часы, кажется, идут нормально. Звезда впереди, кажется, приближается со скоростью 0,87 световых лет закорабельный год. Вселенная будет казаться силой движения до половины размера, который был во время покоя корабля; Расстояние между этой звездой и Солнцем по измерениям астронавта составляет 16 световых лет.
На более высоких скоростях на борту будет идти еще медленнее, поэтому астронавт сможет добраться до центра Много Пути (30 000 световых лет от Земли) и обратно за 40 лет на корабле. -время. Но скорость по земным часам всегда будет меньше 1 светового года за земной год, поэтому вернувшись домой, космонавт обнаружит, что на Земле прошло более 60 тысяч лет.
На этом графике показано судно, способное выдерживать 1- г (10 м / с или около 1.0 св. Лет / год) «по ощущениям» или при правильном ускорении может уйти далеко, за исключением проблемы ускорения бортового топлива. Эта установка может быть быстрым способом передвижения, которая могла бы обеспечить непрерывное ускорение от того, что достигается быстрым способом передвижения. Путешествие с постоянным ускорением, при которой двигательная установка ускоряет корабль с постоянной скоростью в течение первой половины пути, а затем замедляется во второй половине, так что он достигает пункта назначения, находящегося в неподвижном состоянии относительно того места. Если бы это было выполнено с ускорением, аналогичным тому, которое испытывается на поверхности Земли, это имело дополнительное преимущество в виде создания искусственной «гравитации» для экипажа. Однако снабжение необходимой энергией было бы чрезмерно дорогостоящим при современной технологии.
С точки зрения планетарного наблюдателя, корабль будет сначала ускоряться стабильно, а постепенно, по мере приближения к скорости света. (который не может быть). Он совершит гиперболическое движение. Корабль приблизится к скорости света примерно через год ускорения и останется на этой скорости, пока не затормозит до конца путешествия.
С точки зрения бортового наблюдателя, экипаж почувствует гравитационное поле, противоположное ускорение двигателя, и вселенная впереди будет казаться падающей в это поле, претерпевая гиперболическое движение. В рамках этого расстояния между объектами движения становятся медленно сокращаться.
Когда корабль достиг пункта назначения, если он обменялся сообщением со своей исходной планетой, он обнаружил бы, что на борту прошло меньше времени, чем для планетарного наблюдателя, из-за замедления времени и длины.
Результат - впечатляюще быстрое путешествие для команды.
Все концепции скорости ограничены уравнением ракеты, которые представляют особую, доступную как функцию скорости истечения и массовое отношение, отношение начальной (M 0, включая топливо) к конечной (M 1, топливо истощено) массы.
Очень высокая удельная мощность, отношение тяги к общей массе транспортных средств, требуется для достижения межзвездных целей в пределах временного интервала меньше века. Некоторая теплопередача неизбежна, и необходимо адекватно справляться с огромной тепловой нагрузкой.
Таким образом, для концепций межзвездных ракет, основанных на всех технологиях, ключевой инженерной проблемой (редко обсуждаемой в явном виде) ограничение передачи тепла от выхлопного потока обратно в транспортное средство.
Тип электрического двигателя, космический корабль, такой как Dawn, использует ионный двигатель. В ионном двигателе используется для создания ускоренных частиц топлива, обычно газового ксенона, и ускорения их до высоких скоростей. Скорость истечения обычных ракет ограничена химической энергией, хранящейся в молекулярных связях топлива, что ограничивает тягу примерно до 5 км / с. Они производят большую тягу (около 10⁶ Н), но низкий удельный импульс, что ограничивает их максимальную скорость. Ионные двигатели напротив, имеют низкую мощность, но максимальная скорость в принципе ограничивается только электрической мощностью, доступной на космическом корабле, и ускоряемыми ионами газа. Скорость истечения заряженных частиц колеблется от 15 до 35 км / с.
Ядерно-электрические или плазменные двигатели, длительное время работающие на малой тяге и приводимые в действие реакторами деления, которые достигли скоростей, превышающих скорость транспортных средств с химическим приводом или ядерно-тепловых ракет. У таких транспортных средств, вероятно, есть исследования солнечной системы с разумным временем поездки в текущем столетии. Из-за их двигательной установки с малой тягой они будут ограничены работой за пределами планеты, в дальнем космосе. Движущая сила космического корабля с электрическим приводом с переносным устройством, скажем, ядерным реактором, производящим лишь небольшое ускорение, потребовались бы столетия, чтобы достичь, например, 15% от скорости легкие, поэтому они не подходят для межзвездных полетов в течение всего времени жизни человека.
Ракеты осколков деления используют создание ядерное деление для высокоскоростных реактивных двигателей осколков деления, которые выбрасываются со скоростью до 12 000 км / с (7 500 миль / с). При делении выделяемой массы энергия составляет примерно 0,1% от общей энергии топлива реактора и ограничивает эффективную скорость истечения примерно до 5% скорости света. Для максимальной скорости реакционная масса должна оптимально состоять из продуктов деления, «золы» первичного источника энергии, поэтому не требуется дополнительная реакционная масса в составе масс.
Современная концепция импульсной двигательной установки. Основываясь на работах конца 1950-х - начала 1960-х годов, было технически возможно построить космические корабли с ядерной импульсной двигательной установкой двигатели, т.е. приводимые в действие серией ядерных взрывов. Эта двигательная установка предполагает очень высокий удельный импульс (эквивалент экономии топлива в космическом путешествии) и высокая удельную мощность.
член команды проекта Орион Фриман Дайсон использование в 1968 году межзвездный космический корабль, использующий ядерную импульсную двигательную установку, в которой использовался бы детонации чистого синтез дейтерия с очень высокой долей выгорания топлива. Он вычислил скорость истечения 15 000 км / с и 100 000-тонный космический аппарат, способный достичь 20 000 км / с дельта-v, что время полета до Альфы Центавра 130. лет. Более поздние исследования показывают, что максимальная крейсерская скорость, которая теоретически может достигнута звездолетом Орион с термоядерной установкой Теллера-Улама, при условии отсутствия экономии топлива для замедления, составляет от 8% до 10% скорости света (0,08-0,1 в). Атомный (деление) Орион может достичь примерно 3% -5% скорости света. Звездный корабль с ядерным импульсным приводом, работающий на ядерных импульсных двигательных установках, катализируемый синтезом антивещества, будет находиться в диапазоне 10%, ракеты аннигиляции чистого вещества и антивещества теоретически способны увеличить скорость от 50% до 80% света. В каждом случае экономия топлива на замедление вдвое снижает максимальную скорость. Концепция использования магнитного паруса для замедления космического корабля по мере приближения к месту назначения обсуждалась как альтернатива использования топлива, это позволяет двигаться со скоростью, близкой к максимальной теоретической. Альтернативные конструкции, использующие аналогичные принципы, включают Project Longshot, Project Daedalus и Mini-Mag Orion. Принцип внешнего ядерного импульсного двигателя для максимизации выживаемости остается распространенным среди серьезных концепций звездного полета без внешнего энергетического излучения для межпланетного полета с очень высокими характеристиками.
В 1970-х концепции ядерного импульсного движения была также усовершенствована Project Daedalus за счет использования синтеза с инерционным удержанием с внешним запуском, в данном случае создания термоядерных взрывов посредством сжатия термоядерного синтеза. топливные таблетки с мощными электронными пучками. С тех пор было предложено использовать лазеры, ионные пучки, пучки нейтральных частиц и гиперкинетические снаряды для создания ядерных импульсов для двигательных целей.
В качестве препятствия для разработки любого космического корабля с ядерным взрывом является Договор о частичном запрещении испытаний 1963 года, который включает запрет на детонацию любых ядерных устройств (даже не связанных с оружием) в космическом простор.. Следовательно, этот договор необходимо будет пересмотреть, хотя проект в масштабе межзвездной миссии с использованием предсказуемых в настоящее время технологий, вероятно, потребует международного, по крайней мере, масштаб Международной космической станции.
Другой вопрос, который необходимо решить. считается, это были бы перегрузки, передаваемые быстро ускоряющемуся космическому аппарату, грузу и пассажирам внутри (см. отрицание инерции ).
Ракеты на термоядерном синтезе звездолеты, приводимые в действие реакциями ядерный синтез, предположительно должны иметь возможность увеличить скорость порядка 10% скорости света, исходя из только по энергетическим соображениям. Теоретически, большое количество ступеней может толкнуть транспортное средство сколь угодно близко к скорости света. Они будут «сжигать» такие легкие топлива, как дейтерий, тритий, He, B и Li. В результате синтеза выделяется около 0,3–0,9% массы ядерного топлива в виде высвобождаемой энергии, он энергетически более выгоден, чем деление, которое высвобождает <0.1% of the fuel's mass-energy. The maximum exhaust velocities potentially energetically available are correspondingly higher than for fission, typically 4–10% of c. However, the most easily achievable fusion reactions release a large fraction of their energy as high-energy neutrons, which are a significant source of energy loss. Thus, although these concepts seem to offer the best (nearest-term) prospects for travel to the nearest stars within a (long) human lifetime, they still involve massive technological and engineering difficulties, which may turn out to be intractable for decades or centuries.
межзвездный аппарат «Дедал». Ранние исследования включают проект «Дедал», выполненный Британским межпланетным обществом в 1973–1978 гг., И Project Longshot, студенческий проект, спонсиру НАСА и Военно-морской США, завершенный в 1988 году. Еще одна довольно подробная система транспортных средств, «Discovery II», разработанная и оптимизированная для исследования Солнечной системы с экипажем, основанная на реакции DHe, но использующая водород в качестве реакционной массы, была описана группой из Гленна НАСА. Исследовательский центр. Он показывает характеристики скоростей>300 км / с ускорением ~ 1,7 • 10 г, с начальной массой корабля ~ 1700 метрических тонн и долей полезной нагрузки более 10%. Исследование, похоже, представляет собой разумный ориентир для того, что может быть достигнуто в течение нескольких десятилетий, что не является невозможным за пределами нынешнего состояния дел. Исходя из доли выгорания 2,2% концепции, можно достичь скорости истечения чистого продукта плавления ~ 3000 км / с.
ракета на антивеществе будет намного более высокая плотность энергии и удельный импульс, чем любой другой предлагаемый класс ракет. Если будут найдены энергоресурсы и эффективные методы производства, позволяющие выполнять антивещество в требуемых количествах, безопасно хранить его, теоретически можно было бы достичь скорости в несколько десятков процентов от скорости света. Может ли движение на антивеществе привести к более высокому скоростям (>90% скорости света), при котором релятивистское замедление времени станет более заметным, что движение к замедлению времени для путешественников в восприятии переднего наблюдателя, сомнительно из-за того, что потребуется большое количество антивещества.
Предполагая, что производство и хранение антивещества станет возможным, необходимо рассмотреть еще два вопроса. Во-первых, при аннигиляции антивещества большая часть энергии теряется в виде высокоэнергетического гамма-излучения, и особенно в виде нейтрино, так что только около 40% mc фактически будет доступным, если бы антивеществу было просто термически аннигилировать в излучение. Даже в этом случае энергия, доступная для движения, будет значительно выше, чем ~ 1% от mc выхода ядерного синтеза, следующего лучшего кандидата-конкурента.
Во-вторых, передача тепла от выхлопных газов к транспортному средству, вероятно, приведет к передаче огромных потерь энергии в корабль (например, для ускорения корабля 0,1g, приближающегося к 0,3 триллиона ватт на тонну массы корабля), учитывая большую долю энергия, которая идет на проникающие гамма-лучи. Даже если предположить, что для защиты полезной нагрузки (и пассажиров транспортного средства с экипажем) была предусмотрена защита, часть энергии неизбежно нагреет транспортное средство и, таким образом, может оказаться ограничивающим фактором, если необходимо достичь полезных ускорений.
Совсем недавно Фридвардт Винтерберг предположил, что гамма-лазерная фотонная ракета материя-антивещество ГэВ возможна с помощью релятивистского протон-антипротонного пинчевого разряда, в котором отдача от лазерного луча передается посредством эффект Мёссбауэра для космического корабля.
Ракеты, получающие энергию от внешних источников, таких как лазер, могут заменить свой внутренний источник энергии на коллектор энергии, что потенциально значительно снизит массу корабля и позволит значительно увеличить скорость передвижения. Джеффри А. Ландис использует межзвездный зонд с энергией, поступающей от внешнего лазера от этой станции, питающей ионный двигатель.
Проблема со всеми традиционными ракетными методами движения заключается в том, что космический корабль должен нести с собой топливо, что делает его очень массивным в соответствии с уравнением ракеты. Несколько концепций пытаются избежать этой проблемы:
ВЧ-двигатель с резонансным резонатором - это устройство, которое, как утверждается, двигателем малой тяги космического корабль. В 2016 году Лаборатория физики перспективных двигателей в НАСА сообщила о наблюдении небольшой очевидной тяги во время одного из таких испытаний, результат с тех пор не воспроизводился. Один из дизайнов называется EMDrive. В декабре 2002 года компания Satellite Propulsion Research Ltd описала рабочий прототип с предполагаемой общей тягой около 0,02 ньютона, работающий от магнетрона с резонатором мощностью 850 Вт . Устройство могло проработать всего несколько десятков секунд, прежде чем магнетрон вышел из строя из-за перегрева. Последний тест EMDrive показал, что он не работает.
Предложенный в 2019 году ученым НАСА доктором Дэвидом Бернсом, концепции винтового двигателя будет использовать ускоритель частиц для ускорения частиц. почти со скоростью света. Это изменение массы может вызвать ускорение, это изменение массы может вызвать ускорение. По словам Бернса, космический корабль теоретически может достичь 99% скорости света.
В 1960 г. Роберт В. Бюссар распространен ПВРД Bussard., термоядерная ракета, огромный ковш собирает диффузный водород в межзвездном пространстве, «сжигает» его на лету с помощью протон-протонной цепной реакции и изгоняет его из спины. Более поздние расчеты с более точными оценками показывают, что создаваемая тяга будет меньше сопротивления, вызванного любой мыслимой конструкцией ковша. Тем не менее, идея привлекательна, потому что топливо будет собираться в пути (соизмеримо с концепцией сбора энергии), поэтому аппарат теоретически может разгоняться до скорости, близкой к скорости света. Ограничение с тем, что реакция может ускорить пропеллент только до 0,12c. Таким образом, сопротивление улавливания межзвездной пыли и тяга ускорения той же пыли до 0,12c будут одинаковыми при скорости 0,12c, предотвращает дальнейшее ускорение.
Эта диаграмма показывает схему Роберта Л. Форварда по замедлению межзвездного светового паруса в назначении звездной системы. A легкий парус или магнитный парус с питанием от массивного лазера или ускорителя частиц в домашних условиях. Звездная система могла бы установить даже большие скорости, чем ракетные или импульсные методы движения, потому что ей не нужно было бы нести свою реактивную массу и, следовательно, нужно было бы только ускорить полезную нагрузку корабль. Роберт Л. Форвард использует средство замедления межзвездного светового паруса в звездной системе без необходимости в этой системе лазерной матрицы. В этой схеме меньший вторичный парус внутри задней части космического корабля, тогда как большой первичный парус от аппарата, чтобы продолжать движение вперед самостоятельно. Свет отражается от большого первичного паруса к вторичному парусу, который используется для замедления вторичного паруса и полезной нагрузки космического корабля. В 2002 г. Джеффри А. Лэндис из Исследовательского центра НАСА в Глене также использует пропульсивный парусный корабль с лазерным приводом, на котором размещался бы алмазный парус (толщина в несколько нанометров). питается от солнечной энергии. Согласно этому предложению, этот межзвездный корабль теоретически увеличивает скорость 10% от скорости света.
A магнитный парус также может замедляться в системе назначения вне зависимости от перевозимого топлива или дальнего света в системе назначения, взаимодействуя с плазмой, обнаруживаемой в солнечном ветре звезды назначения и межзвездной среде.
В некоторых примерах использования лучевой лазерной тяги, предложенных физиком Робтомер Л. Форвардом :
| Миссия | Мощность лазера | Масса транспортного средства | Ускорение | Диаметр паруса | Максимальная. (% скорости света) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. Облет - Альфа Центавра, 40 лет | |||||
| исходящий этап | 65 ГВт | 1 т | 0,036 г | 3,6 км | 11% @ 0,17 св. Лет |
| 2. Рандеву - Альфа Центавра, 41 год | |||||
| исходящий этап | 7,200 ГВт | 785 т | 0,005 г | 100 км | 21% при 4,29 св. Лет |
| ступень замедления | 26000 ГВт | 71 т | 0,2 г | 30 км | 21% @ 4,29 св. Лет |
| 3. В составе экипажа - Эпсилон Эридани, 51 год (включая 5 лет изучения звездной системы) | |||||
| исходящий этап | 75000000 ГВт | 78500 т | 0,3 г | 1000 км | 50% при 0,4 лы |
| ступень замедления | 21 500 000 ГВт | 7850 т | 0, 3 г | 320 км | 50% при 10,4 лет |
| возвратная ступень | 710,000 ГВт | 785 т | 0,3 г | 100 км | 50% при 10,4 лет |
| ступень замедления | 60,000 ГВт | 785 т | 0,3 г | 100 км | 50% @ 0,4 св. Лет |
Следующая таблица на работе Хеллера, Хиппке и Кервеллы.
| Имя | Время прохождения. (лет) | Расстояние. (лет) | Светимость. (L☉ ) |
|---|---|---|---|
| Сириус A | 68, 90 | 8,58 | 24,20 |
| α Центавра A | 101,25 | 4,36 | 1,52 |
| α Центавра B | 147,58 | 4,36 | 0,50 |
| Процион А | 154,06 | 11,4 4 | 6.94 |
| Vega | 167.39 | 25.02 | 50.05 |
| Альтаир | 176,67 | 16,69 | 10,70 |
| Фомальгаут A | 221,33 | 25,13 | 16,67 |
| Денебола | 325,56 | 35,78 | 14,66 |
| Кастор A | 341,35 | 50,98 | 49,85 |
| Эпсилон Эридиани | 363,35 | 10,50 | 0,50 |
Для достижения времени межзвездного полета-стоп меньше, чем продолжительность жизни человека, требуется соотношение звезд от 1000 до 1000000, даже для более близких. Это может быть достигнуто с помощью многоступенчатых транспортных средств в огромных масштабах. В качестве альтернативы, большие линейные ускорители могут подавать топливо в космические аппараты, приводимые в движение делением, без ограничений, накладываемых уравнением ракеты.
Художественное изображение гипотетической червины Космические быстрее корабль с индукционным двигателем, в общих чертах основанный на статье 1994 "варп-двигатель" Мигеля Алькубьерре.Ученые и авторы постулировали ряд способов, с помощью которых можно было бы превысить скорость света., Но даже самый серьезный из них являются весьма спекулятивными
это также спорно быстрее, чем свет ли путешествия физически возможно, отчасти из-за причинных :. проблем двигаться быстрее чем свет может, при определенных условиях перемещаться назад во времени в контексте специальной относительности. Предлагаемые механизмы перемещение со скоростью, превышающей скорость света в рамках общей теории относительности, включают экзотической материи, и неизвестно, может ли она быть произведена в достаточном количестве.
В физике привод Алькубьерре основан на аргументе в рамках общей теории относительности и без введения червоточины, что Чтобы космический корабль мог путешествовать с произвольно большой скоростью, локального расширения пространства-времени за космическим кораблем и противоположного сжатия перед ним. Тем не менее, эта концепция потребовала, чтобы космический корабль включил в себя область экзотическую материи или гипотетическую концепцию отрицательную массу.
Теоретическую идею для межзвездных путешествий это запуск звездолета путем создания искусственной черной дыры и использования параболического отражателя для отражения его излучения Хокинга. Хотя космический корабль с черной дырой выходит за рамки современных технологических возможностей, он предлагает некоторые преимущества по сравнению с другими возможными методами. Чтобы черная дыра действовала как источник энергии и двигатель, также требуется способ преобразовать излучение Хокинга в энергию и тягу. Один из возможных методов заключается в размещении в фокусе параболического отражателя, прикрепленного к кораблю, что создает прямую отверстие тягу. Чуть более простой, но менее эффективный метод заключался в простом поглощении всего гамма-излучения, направляемого в носовую часть корабля, чтобы подтолкнуть его вперед и остальным вылететь назад.
Червоточины - это предположительные искажения в пространстве-времени, которые, как постулируют теоретики, могут соединить две произвольные точки во Вселенной через мост Эйнштейна - Розена. Неизвестно, возможны ли червоточины на практике. Хотя есть решения Эйнштейна общей теории относительности, допускаются появление кротовых нор, включая некоторые предположения, например существование отрицательной массы, что может быть нефизическим. Однако Cramer et al. утверждают, что такие кротовые норы могли быть созданы в ранней Вселенной, стабилизированные космическими струнами. Общая теория червоточин обсуждается Виссером в книге «Лоренцианские червоточины».
Звездолет Энцмана, как подробно описано Г. Гарри Стайн в октябрьском выпуске журнала Аналог за 1973 год представляет собой проект будущего звездолета, основанный на идеях Роберта Дункана-Энцмана. Сам космический корабль, как предлагалось, использовал 12 000 000-тонный шар замороженного дейтерия для питания 12–24 термоядерных импульсных двигательных установок. Космический корабль, который был вдвое длиннее Эмпайр-стейт-билдинг и был собран на орбите, был частью более крупного проекта, предшествовали межзвездные зонды и телескопические наблюдения целевых целевых систем.
Проект Гиперион, один из проектов Икар Интерстеллар, рассматривал различные вопросы осуществления межзвездных путешествий с экипажем. Его члены разрабатывают материалы о межзвездных путешествиях с экипажем в сотрудничестве с Инициативой по межзвезднымм.
НАСА изучает межзвездные путешествия момента своего образования, переводит исследования важных статей на иностранных языках и проводит ранние исследования. о применении термоядерной тяги в 1960-х и лазерной в 1970-х годах для межзвездных путешествий.
В 1994 году НАСА и Лаборатория реактивного движения спонсировали «Семинар по продвинутой квантовой теории движения и теории относительности», чтобы «установить и использовать новые системы отсчета для размышлений о проблеме сверхсветовой скорости (FTL)».
Программа NASA «Прорыв в области двигательной физики» (завершенная в 2003 финансовом году после 6-летнего исследования стоимостью 1,2 миллиона долларов, поскольку «никаких открытий не предвидится ») вы показали некоторые прорывы. которые необходимы для межзвездных путешествий.
Джеффри А. Лэндис из Исследовательского центра Гленна НАСА заявляет, что межзвездный парусный корабль с лазерным приводом может быть запущен в течение 50 лет с использованием новых методов космических путешествий. «Я думаю, что в итоге мы сделаем, вопрос лишь в том, когда и кто», - сказал Ландис в интервью. Ракеты слишком медленные, чтобы отправлять людей в межзвездные миссии. Вместо этого он представляет себе межзвездный корабль с широкими парусами, движущийся с помощью лазерного света примерно до одной десятой скорости света. Такому кораблю потребуется около 43 лет, чтобы Альфы Центавра, если он пройдет через систему без остановки. Замедление до остановки на Альфе Центавра может увеличить время полета до 100 лет, тогда как без замедления поднимает вопрос о проведении достаточно точных и полезных наблюдений и измерений во время пролета.
100-летний звездолет (100YSS) - это название общей инициативы, которая в течение следующего столетия будет направлена на достижение межзвездных путешествий. Усилие также будет носить название 100YSS. Исследование 100 Year Starship - это проект, рассчитанный на один год, оценить свойства и заложить основу для организации, которая может реализовать видение 100 Year Starship.
Гарольд («Сонни») Уайт из Космического центра Джонсона НАСА является членом Икар Интерстеллар, некоммерческого фонда, чья миссия - осуществить межзвездный полет до 2100 года. На встрече 2012 года он сообщил, что использовал лазер , чтобы попытаться помочь исказить пространство-время на 1 часть из 10 миллионов с целью сделать возможным межзвездное путешествие.
Во всем мире несколько организаций, занимающихся исследованиями межзвездных двигателей и пропагандой этого дела. Они все еще находятся в зачаточном состоянии, но уже поддерживаются широким кругом ученых, студентов и профессионалов.
Энергетические потребности очень затрудняют межзвездные путешествия. Сообщалось, что на конференции Joint Propulsion Conference в 2008 году несколько экспертов высказали мнение, что маловероятно, что люди когда-либо будут исследовать за пределами Солнечной системы. Брайс Н. Кассенти, доцент кафедры инженерии и науки Политехнического института Ренсселера, что для отправки зонда в ближайший город потребуется по крайней мере в 100 раз больше общей энергии всего мира [за данный год].
Астрофизик Стен Оденвальд Указ, что основная проблема заключается в том, что благодаря интенсивным исследованиям тысяч обнаруженных экзопланет большинства ближайших пунктов назначения в пределах 50 световых лет не дают планет, похожих на Землю, в обитаемых звездах. Учитывая многомиллионные расходы на некоторые из предлагаемых технологий, путешественникам придется потратить до 200 лет, со скоростью 20% от скорости света, чтобы добраться до самых известных мест. Более того, как только путешественники прибудут в пункте (любым способом), они могут не назначить цель спуститься на поверхность целевого мира и основать колонию, если только атмосфера не будет смертельной. Перспектива совершить такое путешествие только для того, чтобы провести остаток жизни колонии в закрытой среде обитания и выйти на улицу в скафандре, может исключить многие предполагаемые цели из списка.
Движение со скоростью, близкой к скорости света, и встреча даже с крошечным неподвижным объектом, например, песчинкой, приведет к фатальным последствиям. Например, грамм вещества, движущееся со скоростью 90% от скорости, содержит кинетическую энергию, соответствующую ядерную бомбе (около 30 кт в тротиловом эквиваленте).
Запланированы исследовательские высокоскоростные миссии на Альфа Центавра, запланированные в странах Breakthrough Starshot быть в 21 веке. В качестве альтернативы можно спланировать медленные крейсерские миссии без экипажа, на выполнение которых уйдут тысячелетия. Эти зонды не принесут пользы человеку в том смысле, что нельзя предвидеть, будет ли кто-нибудь на Земле, заинтересованный в переданных назад научных данных. Примером может служить миссия Genesis, цель которой - принести одноклеточную жизнь в духе направленной панспермии на обитаемых, но в остальном бесплодные планеты. Сравнительно медленные крейсерские зонды Genesis с типичной скоростью 
В феврале 2017 года НАСА объявило, что его космический телескоп Спитцер обнаружил семь планет Земли. планеты в системе TRAPPIST-1, вращающейся вокруг сверххолодной карликовой звезды в 40 световых годах от Солнечной системы. Три из этих планет прочно расположены в обитаемой зоне, вокруг родительской звезды, где на каменистой планете, скорее всего, будет жидкая вода. Это устанавливает новый рекорд по наибольшему количеству планет в самых ярких звездах, обнаруженных вокруг одной звезды за пределами Солнечной системы. На всех этих семи планетах может быть жидкая вода - ключ к жизни в том виде, в каком мы ее знаем - при правильных атмосферных условиях, но шансы наиболее высоки.
Портал космических полетов 