כמה זמן ייקח לנסוע לכוכב הקרוב ביותר?

כולנו שאלנו את השאלה הזו בשלב כלשהו בחיינו: כמה זמן ייקח לנסוע לכוכבים? האם זה יכול להיות בתוך חייו של האדם, והאם יכול לנסוע מסוג זה להפוך לנורמה ביום מן הימים? ישנן תשובות אפשריות רבות לשאלה זו - חלקן פשוטות מאוד, אחרות בתחום המדע הבדיוני. אבל לבוא עם תשובה מקיפה פירושו לקחת בחשבון הרבה דברים.

לרוע המזל, סביר להניח שכל הערכה ריאלית תביא תשובות שיכולות להרתיע לחלוטין את העתידנים וחובבי הנסיעות הבין-כוכביות. תרצו או לא, המרחב הוא גדול מאוד, והטכנולוגיה שלנו עדיין מוגבלת. אך אם נתבונן אי פעם ב"יציאה מהקן ", יהיו לנו מגוון אפשרויות להגיע למערכות השמש הקרובה ביותר בגלקסיה שלנו.

הכוכב הקרוב ביותר לכדור הארץ הוא השמש שלנו, שהיא כוכב "ממוצע" למדי בהרצספרונג - "רצף הראשי" של דיאגרם של ראסל. המשמעות היא שהיא יציבה ביותר, ומספקת לכדור הארץ בדיוק את האור השמש הנכון לחיים שיתפתחו בכוכב הלכת שלנו. אנו יודעים שיש כוכבי לכת המקיפים כוכבים אחרים בקרבת מערכת השמש שלנו, ורבים מכוכבים אלה דומים לשלנו.

בעתיד, אם המין האנושי ירצה לעזוב את מערכת השמש, תהיה לנו בחירה עצומה של כוכבים אליהם נוכל לנסוע, ורבים יכולים להיות להם התנאים הנכונים לחיים לשגשג. אבל לאן נלך וכמה זמן ייקח לנו להגיע לשם? רק זכרו, כל זה ספקולטיבי וכרגע אין שום אמות מידה לטיולים בין כוכבים. עם זאת נאמר הנה הנה!

הכוכב הקרוב ביותר:

כפי שכבר צוין, הכוכב הקרוב ביותר למערכת השמש שלנו הוא Proxima Centauri, וזו הסיבה שהגיוני ביותר לתכנן תחילה משימה בין-כוכבית למערכת זו. כחלק ממערכת כוכבים משולשת בשם אלפא סנטאורי, פרוקסימה נמצאת כ- 4.24 שנות אור (או 1.3 פרסקיות) מכדור הארץ. אלפא קנטאורי הוא למעשה הכוכב הבהיר ביותר מבין השלושה במערכת - חלק ממסלול בינארי 4.37 שנות אור מכדור הארץ המקיף מקרוב - ואילו פרוקסימה צנטאורי (העמוק ביותר מבין השלושה) הוא ננס אדום מבודד כ- 0.13 שנות אור מהבינארי .

ובעוד נסיעה בין-כוכבית מעלה כל מיני חזיונות של נסיעה מהירה-יותר-אור (FTL), החל ממהירות עיוות וחורים תולעים לכונני קפיצות, תיאוריות כאלה הן ספקולטיביות ביותר (כמו כונן אלקובייר) או כל פרובינציה של המדע. ספרות בדיונית. ככל הנראה, כל משימה בחלל העמוק תידרש ככל הנראה דורות להגיע לשם, במקום כמה ימים או כהרף עין.

אז החל מאחת הצורות האיטיות ביותר של נסיעות בחלל, כמה זמן ייקח להגיע לפרוקסימה סנטאורי?

שיטות נוכחיות:

השאלה כמה זמן ייקח להגיע איפשהו בחלל קלה מעט יותר כשמדובר בטכנולוגיה וגופים קיימים בתוך מערכת השמש שלנו. לדוגמה, שימוש בטכנולוגיה שהפעילה את משימת "אופקים חדשים" - שהורכבה מ -16 דחפי דלק המונעים במונופרופילן הידראזין - להגיע לירח ייקח רק 8 שעות ו -35 דקות.

מצד שני, יש את המשימה של סוכנות החלל האירופית (ESA) SMART-1, שלקחה את זמנה לנסוע לירח בשיטה של ​​הנעה יונית. בעזרת הטכנולוגיה המהפכנית הזו, שווריאציה שלה משמשת מאז על ידי חללית השחר כדי להגיע לווסטה, המשימה SMART-1 לקחה שנה, חודש ושבועיים להגיע לירח.

אז החל מהחללית המהירה המונעת טילים ועד לכונן היונים חסכוני, יש לנו כמה אפשרויות לעקוף את המרחב המקומי - ובנוסף נוכל להשתמש ביופיטר או שבתאי לצורך קלע כבידה כבדה. עם זאת, אם היינו בוחנים משימות למקום כלשהו קצת יותר מחוץ לדרך, היינו צריכים להגדיל את הטכנולוגיה שלנו ולהסתכל על מה שבאמת אפשרי.

כשאנו אומרים שיטות אפשריות, אנו מדברים על כאלה הכרוכים בטכנולוגיה קיימת, או כאלו שעדיין אינם קיימים אך הם אפשריים מבחינה טכנית. חלקם, כפי שתראו, מכובדים ומוכחים בזמן, בעוד שאחרים מגיחים או שעדיין נמצאים בדירקטוריון. אך כמעט בכל המקרים, הם מציגים תרחיש אפשרי (אך רב זמן או יקר במיוחד) להגיע אפילו לכוכבים הקרובים ביותר ...

הנעה יונית:

נכון לעכשיו, צורת ההנעה האיטית ביותר, והיעילה ביותר בדלק, היא מנוע היונים. לפני כמה עשורים נחשב הנעה יונית לנושא המדע הבדיוני. עם זאת, בשנים האחרונות הטכנולוגיה לתמיכה במנועי יונים עברה מתיאוריה לתרגול בגדול. משימת SMART-1 של ESA למשל השלימה בהצלחה את משימתה לירח לאחר שיצאה מסלול ספיראלי של 13 חודשים מכדור הארץ.

SMART-1 השתמשה בדחפי יונים המונעים על ידי השמש, שם נקצרו אנרגיה חשמלית מלוחות השמש שלה והשתמשו בה כדי להניע את דחפי האול-אפקט שלה. רק 82 ק"ג של דחף קסנון שימש להנעת SMART-1 לירח. 1 ק"ג של דחף קסנון סיפק דלתא-וי של 45 מ"ש. זוהי צורה של הנעה יעילה ביותר, אך היא בשום אופן אינה מהירה.

אחת המשימות הראשונות להשתמש בטכנולוגיית כונן יונים הייתה חלל עמוק 1 המשימה לקומיקס בורלי שהתרחשה בשנת 1998. DS1 השתמש גם בכונן יונים המונע על ידי קסנון וצורך 81.5 ק"ג של דחף. במשך 20 חודשי דחיפה, DS1 הצליחה להגיע למהירות של 56,000 קמ"ש במהלך 35 טיסה של השביט.

דחפי יונים הם אפוא חסכוניים יותר מטכנולוגיית טילים, מכיוון שדחף המיסה ליחידה של דחף (למשל דחף ספציפי) גבוה בהרבה. אך לוקח דוחפי יונים זמן רב להאיץ חללית לכל מהירויות גדולות, והמהירות המרבית שהיא יכולה להשיג תלויה באספקת הדלק שלה וכמה אנרגיה חשמלית שהיא יכולה לייצר.

כך שאם היו משתמשים בהנעה יונית למשימה לפרוקסימה סנטאורי, הדחפנים היו זקוקים למקור עצום של ייצור אנרגיה (כלומר כוח גרעיני) וכמות גדולה של דחף (אם כי עדיין פחות מרקטות קונבנציונאליות). אך בהתבסס על ההנחה כי אספקה ​​של 81.5 ק"ג של דחף קסנון מתורגמת למהירות מרבית של 56,000 קמ"ש (וכי אין צורות אחרות של הנעה זמינות, כמו למשל קלע כבידה כדי להאיץ אותה עוד יותר), ישנם חישובים שאפשר להתבצע.

בקיצור, במהירות המרבית של 56,000 קמ"ש, חלל עמוק 1 ישתלט 81,000 שנה לחצות את 4.24 שנות האור בין כדור הארץ לפרוקסימה קנטאורי. כדי להכניס את פרק הזמן הזה לפרספקטיבה, זה יהיה מעל 2,700 דורות אנושיים. אז בטוח לומר שמשימת מנוע יון בין-פלנטרית תהיה איטית מכדי שתוכל לשקול אותה למשימה בין-כוכבית מאוישת.

עם זאת, אם יופעלו דחפי יונים גדולים יותר וחזקים יותר (כלומר, מהירות פליטה של ​​יון הייתה צריכה להיות גבוהה משמעותית), וניתן היה להסיט מספיק דחף בכדי לשמור על חלליתו לאורך כל נסיעה של 4.243 שנות אור, וזמן הנסיעה יכול להיות מאוד מופחת. עדיין לא מספיק כדי לקרות בחיים של מישהו.

שיטת עזרה בכבידה:

האמצעי הקיים המהיר ביותר לנסיעה בחלל ידוע בשיטת Gravity Assist, הכרוכה בחללית המשתמשת בתנועה היחסית (כלומר מסלול) וכוח המשיכה של כוכב לכת כדי לשנות הוא מסלול ומהירות. עזרי כבידה הם טכניקה של טיסה בחלל שימושית במיוחד, במיוחד כאשר משתמשים בכדור הארץ או בכוכב לכת אחר (כמו ענקית גז) כדי להגביר את המהירות.

ה מרינר 10 החללית הייתה הראשונה להשתמש בשיטה זו, תוך שימוש במשיכת הכבידה של ונוס כדי להטיל אותה לעבר מרקורי בפברואר 1974. בשנות השמונים, וויאג'ר 1 הבדיקה השתמשה בסטורן ויופיטר לצורך צילומי קלע כבידה בכדי להשיג את המהירות הנוכחית של 60,000 קמ"ש (38,000 מיילים לשעה) ולהפוך אותה לחלל בין-כוכבי.

עם זאת, זה היה הליוס 2 המשימה - שהושקה בשנת 1976 כדי לחקור את המדיום הבין-פלנטרי מ- 0.3 AU ל- 1 AU לשמש - המחזיקה בשיא המהירות הגבוהה ביותר שהושגה בעזרת כוח משיכה. בזמן, הליוס 1 (שהושק בשנת 1974) ו- הליוס 2 השיג את השיא בגישה הקרובה ביותר לשמש. הליוס 2 הושק על ידי רכב שיגור רגיל מטיטאן / קנטאור של נאס"א והוצב במסלול אליפטי ביותר.

בגלל האקסצנטריות הגדולה (0.54) במסלול השמש של הבדיקות (190 יום), ב perihelion, הליוס 2 הצליח להגיע למהירות מרבית של מעל 240,000 קמ"ש (150,000 מייל / שעה). מהירות מסלול זו הושגה על ידי משיכת הכבידה של השמש בלבד. מבחינה טכנית, הליוס 2 מהירות perihelion לא הייתה קלע הכבידה, היא הייתה מהירות מסלולית מקסימאלית, אך היא עדיין מחזיקה בשיא היותו האובייקט המהיר ביותר מעשה ידי אדם ללא קשר.

אז אם וויאג'ר 1 כשהוא נוסע לכיוון הגמד האדום פרוקסימה סנטאורי במהירות קבועה של 60,000 קמ"ש, היה לוקח 76,000 שנים (או יותר מ -2,500 דורות) לנסוע מרחק זה. אבל אם זה יכול היה להגיע למהירות שוברת השיא של הליוס 2הגישה הקרובה של השמש - מהירות קבועה של 240,000 קמ"ש - תידרש 19,000 שנה (או יותר מ- 600 דורות) לנסוע 4.243 שנות אור. טוב יותר באופן משמעותי, אך עדיין לא בתחום המעשיות.

כונן אלקטרומגנטי (EM):

שיטה נוספת המוצעת לנסיעות בין-מרכזיות מגיעה בצורה של תדר הרדיו (RF) Resonant Cavity Thruster, המכונה גם כונן ה- EM. כונן זה נבנה במקור בשנת 2001 על ידי רוג'ר ק. שוייר, מדען בבריטניה שהתחיל את מחקר ההנעה של הלוויין בע"מ (SPR) בכדי להביא אותו לידי מימוש. הכונן הזה בנוי סביב הרעיון שחללי מיקרוגל מגנטיים יכולים לאפשר המרה ישירה של אנרגיה חשמלית לדחיפה .

בעוד שדחפים אלקטרומגנטיים קונבנציונליים נועדו להניע סוג מסוים של מסה (כמו חלקיקים מיוננים), מערכת הכונן הספציפית הזו לא מסתמכת על מסה של תגובה ואינה פולטת קרינה כיוונית. הצעה כזו נתקלה בספקנות רבה, בעיקר מכיוון שהיא מפרה את חוק שימור המומנטום - הקובע כי בתוך מערכת כמות המומנטום נותרה קבועה ואינה נוצרת ואינה נהרסת, אלא רק משתנה באמצעות הפעולה של כוחות.

עם זאת, ניסויים שנעשו לאחרונה בעיצוב הניבו תוצאות חיוביות. ביולי 2014, בכנס 50 ההנעה המשותפת AIAA / ASME / SAE / ASEE בקליבלנד, אוהיו, טענו חוקרים ממחקר ההנעה המתקדם של נאס"א כי ניסו בהצלחה עיצוב חדש עבור כונן הנעה אלקטרומגנטי.

זה עבר אחריו באפריל 2015, כאשר חוקרים מבית נאס"א Eagleworks (חלק ממרכז החלל ג'ונסון) טענו כי הם בדקו בהצלחה את הכונן בוואקום, אינדיקציה שהוא עשוי לעבוד בחלל. ביולי אותה שנה, צוות מחקר ממחלקת מערכות החלל של אוניברסיטת דרזדן בנה גרסה משלהם של המנוע וצפה בדחף שניתן לאתר.

ובשנת 2010, פרופ 'חואן יאנג, מהאוניברסיטה הפוליטכנית הצפון-מערבית בסין, סין, החלה לפרסם סדרת מאמרים אודות מחקריה בתחום טכנולוגיית EM Drive. זה הגיע לשיאו בעיתון שלה משנת 2012, שם דיווחה על כוח קלט גבוה יותר (2.5 קילוואט) ובדקה רמות דחף (720mN). בשנת 2014 היא דיווחה עוד על בדיקות נרחבות שכללו מדידות טמפרטורה פנימיות עם צמד תרמי משובץ, שנראה כי הם מאשרים כי המערכת עובדת.

על פי חישובים המבוססים על אב-הטיפוס של נאס"א (שהניבו הערכת כוח של 0.4 נ"ג לקילו-וואט), חללית המצוידת בכונן ה- EM עשויה לבצע את הנסיעה לפלוטו תוך פחות מ -18 חודשים. זו הייתה שישית בפעם שלקח לבדיקה של New Horizons להגיע לשם, שנסע במהירויות של קרוב ל 58,000 קמ"ש (36,000 קמ"ש).

נשמע מרשים. אבל אפילו בקצב הזה, תעבור ספינה המצוידת במנועי EM 13,000 שנה כדי שהספינה תגיע לפרוקסימה סנטאורי. מתקרבים, אבל לא מספיק מהר! ועד לזמן שניתן להוכיח את הטכנולוגיה כביכול, זה לא הגיוני להכניס את הביצים שלנו לסל הזה.

הנעה גרעינית / גרעינית גרעינית (NTP / NEP):

אפשרות נוספת לטיסת חלל בין-כוכבית היא להשתמש בחלליות המצוידות במנועים גרעיניים, מושג שנאס"א בוחן מזה עשרות שנים. ברקטה של ​​הנעה גרעינית גרעינית (NTP) משתמשים בתגובות אורניום או דאוטריום כדי לחמם מימן נוזלי בתוך כור, והופך אותו לגז מימן מיונן (פלזמה), שמנותב דרך זרבובית טיל ליצירת דחף.

רקטה של ​​הנעה גרעינית (NEP) כוללת את אותו הכור הבסיסי להמיר את החום והאנרגיה שלו לאנרגיה חשמלית, שתביא אז כוח למנוע חשמלי. בשני המקרים, הרקטה הייתה מסתמכת על ביקוע גרעיני או מיזוג גרעיני כדי לייצר הנעה ולא דחפים כימיים, שהייתה עמוד התווך של נאס"א וכל סוכנויות החלל האחרות עד כה.

בהנעה כימית, NTP וגם NEC מציעים מספר יתרונות. הראשון והמובן מאליו הוא צפיפות האנרגיה כמעט בלתי מוגבלת שהיא מציעה בהשוואה לדלק הרקטות. בנוסף, מנוע מונע גרעיני יכול גם לספק דחף מעולה ביחס לכמות המונע המשמש. זה יקטין את הסכום הכולל של הנעה הדרושה, ובכך יקטין את משקל השיגור ואת עלות המשימות האישיות.

אף כי מעולם לא הטיסו מנועים גרעיניים תרמיים, נבנו ונבדקו מספר מושגי עיצוב במהלך העשורים האחרונים, והוצעו מושגים רבים. אלה נעו בין העיצוב המסורתי של הליבה - כמו מנוע גרעיני ליישום רכב רקטות (NERVA) - לבין מושגים מתקדמים ויעילים יותר הנשענים על נוזל או גרעין גז.

עם זאת, למרות היתרונות הללו ביעילות הדלק והדחף הספציפי, לתפיסת ה- NTP המתוחכמת ביותר יש דחף ספציפי מקסימאלי של 5000 שניות (50 kN · s / kg). על ידי שימוש במנועים גרעיניים המונעים על ידי ביקוע או היתוך, מעריכים מדעני נאס"א שייקח חללית רק 90 יום כדי להגיע למאדים כאשר הכוכב היה ב"התנגדות "- כלומר קרוב ל 55,000,000 ק"מ מכדור הארץ.

אך כשהוא מותאם למסע חד כיווני לפרוקסימה סנטאורי, רקטה גרעינית עדיין תימשך מאות שנים עד שתאץ עד לנקודה בה היא טסה חלק מהמהירות של האור. לאחר מכן הוא ידרוש כמה עשורים של זמן נסיעה, ואחריו מאות שנים נוספות של האטה לפני שהוא יגיע ליעדה. בסך הכל, אנחנו עדיין מדברים על 1000 שנה לפני שהיא מגיעה ליעדה. טוב למשימות בין-פלנטריות, לא כל כך טוב למשימות בין-כוכביות.

שיטות תיאורטיות:

תוך שימוש בטכנולוגיה קיימת, הזמן שייקח לשלוח מדענים ואסטרונאוטים למשימה בין-כוכבית יהיה איטי עד אימה. אם אנו רוצים לצאת למסע הזה במהלך חיי חיים בודדים, או אפילו דור, יהיה צורך במשהו קצת יותר רדיקלי (המכונה תיאורטי מאוד). ובעוד שבי תולעים ומנועי קפיצה עשויים להיות עדיין בדיה טהורה בשלב זה, ישנם כמה רעיונות מתקדמים למדי שנחשבו במהלך השנים.

הנעה של דופק גרעיני:

הנעה של דופק גרעיני היא צורה אפשרית תיאורטית של נסיעה מהירה בחלל. הרעיון הוצע במקור בשנת 1946 על ידי סטניסלב אולם, מתמטיקאי פולני-אמריקני שהשתתף בפרויקט מנהטן, וחישובים ראשוניים נערכו אז על ידי פ 'ריינס ואולם בשנת 1947. הפרויקט בפועל - המכונה פרויקט אוריון - נפתח בשנת 1958 ונמשכה עד 1963.

בראשותו של טד טיילור במנהל הכללי האטומיקה והפיסיקאי פרימן דייסון מהמכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון, אוריון קיווה לרתום את כוחם של פיצוצים גרעיניים פועמים כדי לספק דחף ענק עם דחף ספציפי מאוד גבוה (כלומר כמות הדחיפה בהשוואה למשקל או כמות השניות שהרקטה יכולה לירות ללא הפסקה).

על קצה המזלג, עיצוב אוריון כולל חללית גדולה עם אספקה ​​גבוהה של ראשי נפץ תרמו-גרעיניים, המשיגה הנעה על ידי שחרור פצצה מאחוריה ואז רכיבה על גל הפיצוץ בעזרת כרית רכובה אחורית המכונה "דחף". לאחר כל פיצוץ, הכוח הנפיץ ייקלט על ידי כרית הדחף הזו, שתורגם את הדחף לתנופה.

אף על פי שהוא בקושי אלגנטי בסטנדרטים מודרניים, היתרון בעיצוב הוא בכך שהוא משיג דחף ספציפי גבוה - כלומר הוא מוציא את כמות האנרגיה המרבית ממקור הדלק שלו (במקרה זה, פצצות גרעיניות) בעלות מינימלית. בנוסף, הרעיון יכול להשיג תיאורטית במהירויות גבוהות מאוד, עם הערכות מסוימות שמציעות נתון בשטח הפארק ככל המהירות של אור (או 5.4 × 10)⁷ קמ"ש).

אבל כמובן, יש חסרונות בלתי נמנעים לעיצוב. ראשית, ספינה בגודל כזה תהיה יקרה להפליא לבנות. על פי הערכות שהפיק דייסון בשנת 1968, חללית אוריון שהשתמשה בפצצות מימן בכדי לייצר הנעה תשקל 400,000 עד 4,000,000 טונות. ולפחות שלושת רבעים ממשקלו זה מורכב מפצצות גרעין, בהן כל ראש נפץ שוקל כמטר טון.

על פי כל הערכות, ההערכות השמרניות ביותר של דייסון הציבו את העלות הכוללת של בניית מלאכה של אוריון על 367 מיליארד דולר. מותאם לאינפלציה, וזה מסתכם בכ -2.5 טריליון דולר - המהווה למעלה משני שלישים מההכנסה השנתית של ממשלת ארה"ב. לפיכך, אפילו במלוא הקלות שלה, המלאכה תהיה יקרה במיוחד לייצור.

יש גם את הבעיה הקלה של כל הקרינה שהיא מייצרת, שלא לדבר על פסולת גרעינית. למעשה, מסיבה זו מאמינים כי הפרויקט הסתיים, בשל מעבר לחוזה האיסור על מבחן חלקי משנת 1963, שביקש להגביל את הבדיקות הגרעיניות ולהפסיק את שחרורו המופרז של הנפילה הגרעינית לאווירת הכוכב.

רקטות פיוז'ן:

אפשרות נוספת בתחום הכוח הגרעיני הרתום כוללת רקטות הנשענות על תגובות תרמו-גרעניות ליצירת דחף. עבור מושג זה, אנרגיה נוצרת כאשר גלולות של תערובת deuterium / helium-3 נדלקות בתא תגובה באמצעות כליאה אינרציאלית באמצעות קורות אלקטרונים (בדומה למה שנעשה במתקן ההתנעה הלאומי בקליפורניה). כור היתוך זה יפוצץ 250 כדוריות בשנייה ליצירת פלזמה בעלת אנרגיה גבוהה, שתועבר על ידי זרבובית מגנטית ליצירת דחף.

כמו רקטה הנשענת על כור גרעיני, מושג זה מציע יתרונות בכל הקשור ליעילות הדלק והדחף הספציפי. מוערכים מהירות פליטה של ​​עד 10,600 קמ"ש, וזה הרבה מעבר למהירות הרקטות המקובלות. יתר על כן, הטכנולוגיה נחקרה בהרחבה בעשורים האחרונים והועלו הצעות רבות.

לדוגמה, בין השנים 1973-1978 ערכה האגודה הבין-פלנטרית הבריטית מחקר כדאיות המכונה Project Daedalus. בהסתמך על הידע הקיים בטכנולוגיית היתוך ושיטות קיימות, המחקר קרא ליצור בדיקה מדעית בלתי-מאוישת דו-שלבית, שעושה טיול בכוכב ברנרד (5.9 שנות אור מכדור הארץ) במהלך חיים בודדים.

השלב הראשון, הגדול מבין השניים, יפעל במשך 2.05 שנים ויאיץ את החללית לרמה של 7.1% ממהירות האור (o.071 ג). לאחר מכן יוטבע שלב זה, ובשלב זה השלב השני היה מצית את המנוע שלו ומאיץ את החללית עד לכ- 12% ממהירות האור (0.12 ג) במשך 1.8 שנים. לאחר מכן ייכבה המנוע שלב שני והספינה תיכנס לתקופת שיוט של 46 שנים.

על פי הערכות הפרויקט, ייקח 50 שנה למשימה להגיע לכוכב של ברנרד. מותאם לפרוקסימה קנטאורי, אותה מלאכה יכולה לבצע את הנסיעה 36 שנה. אך כמובן שהפרויקט זיהה גם מספר אבני נגף שהפכו אותו לבלתי אפשרי באמצעות הטכנולוגיה הנוכחית של אז - שרובם עדיין לא פתורים.

למשל, יש את העובדה שהליום -3 נדיר בכדור הארץ, מה שאומר שיש לכרות אותו במקום אחר (קרוב לוודאי על הירח). שנית, התגובה המניעה את החללית דורשת שהאנרגיה המשתחררת עולה בהרבה על האנרגיה המשמשת להפעלת התגובה. ובעוד הניסויים כאן בכדור הארץ עברו את "מטרת השבירה", אנו עדיין רחוקים מסוגי האנרגיה הדרושים בכוח לשמש חללית בין-כוכבית.

שלישית, יש את גורם העלות לבניית ספינה כזו. אפילו בסטנדרט הצנוע של כלי השיט הבלתי-מאויש של פרויקט דדלוס, מלאכה בעלת דלק מלא תשקל עד 60,000 הר. בכדי לשים את זה בפרספקטיבה, המשקל הגולמי של ה- SLS של נאס"א הוא קצת יותר מ -30 הר. ההשקה היחידה מגיעה עם תג מחיר של 5 מיליארד דולר (מבוסס על הערכות שנעשו בשנת 2013).

בקיצור, רקטת היתוך לא תהיה יקרה במיוחד לבנייה; זה גם ידרוש רמה של טכנולוגיית כור היתוך שהיא כרגע מעבר לאמצעינו. Icarus Interstellar, ארגון בינלאומי של מדעני אזרחים מתנדבים (שחלקם עבדו עבור נאס"א או ESA) ניסו מאז להחיות את הרעיון באמצעות Project Icarus. הקבוצה הוקמה בשנת 2009, והיא מקווה להפוך את הנעת ההיתוך (בין השאר) לביצוע בעתיד הקרוב.

פיוז'ן רמג'ט:

צורת הנעה תיאורטית זו, הידועה גם בשם Bardard Ramjet, הוצעה לראשונה על ידי הפיזיקאי רוברט W. Bussard בשנת 1960. בעיקרון, זהו שיפור לעומת רקטת היתוך גרעיני הסטנדרטית, המשתמשת בשדות מגנטיים כדי לדחוס דלק מימן עד כדי איחוי. מתרחש. אבל במקרה של הרמג'ט, משפך אלקטרומגנטי עצום "מגרס" מימן מהמדיום הבין-כוכבי ומשליך אותו לכור כדלק.

ככל שהספינה מרימה מהירות, המסה המגיבה נאלצת לשדה מגנטי מכווץ בהדרגה, ודוחסת אותה עד שמתרחש איחוי תרמי גרעיני. השדה המגנטי מכוון את האנרגיה לאחר מכן מפלט טילים דרך זרבובית מנוע, ובכך מאיץ את הכלי. ללא מיכלי דלק כדי לשקלל אותו, ramjet היתוך יכול להשיג מהירויות המתקרבות ל -4% ממהירות האור ולנסוע לכל מקום בגלקסיה.

עם זאת, החסרונות הפוטנציאליים של עיצוב זה הם רבים. למשל, יש בעיית הגרירה. הספינה מסתמכת על מהירות מוגברת כדי לצבור דלק, אך ככל שהיא מתנגשת עם יותר ויותר מימן בין-כוכבי, היא עלולה גם לאבד מהירות - במיוחד באזורים צפופים יותר של הגלקסיה. שנית, דיאוטריום וטריטיום (המשמשים בכורי היתוך כאן על פני כדור הארץ) הם נדירים בחלל, ואילו מיזוג מימן רגיל (שיש בשפע בחלל) הוא מעבר לשיטות הנוכחיות שלנו.

מושג זה זכה לפופולריות רבה בתחום המדע הבדיוני. אולי הדוגמא הידועה ביותר לכך היא בזכיינית של מסע בין כוכבים, שם "אספני Bardard" הם הנאצלים הזוהרים במנועי עיוות. אך במציאות, הידע שלנו על תגובות היתוך צריך להתקדם במידה ניכרת לפני שמתאפשר רמג'ט. נצטרך גם להבין את בעיית הגרירה המציקה הזאת לפני שהתחלנו לשקול לבנות ספינה כזו!

מפרש לייזר:

מפרשי שמש כבר מזמן נחשבים לדרך חסכונית לחקור את מערכת השמש. בנוסף להיותו קל וזול יחסית לייצור, ישנו את הבונוס הנוסף של מפרשי שמש שאינם דורשים דלק. במקום להשתמש ברקטות הדורשות דחף, המפרש משתמש בלחץ הקרינה של הכוכבים כדי לדחוף מראות גדולות במיוחד במיוחד למהירויות גבוהות.

עם זאת, לצורך טיסה בין-כוכבית, מפרש כזה צריך להיות מונע על ידי קרני אנרגיה ממוקדות (כלומר לייזרים או מיקרוגלים) כדי לדחוף אותו למהירות שמתקרבת למהירות האור. הרעיון הוצע במקור על ידי רוברט פורוורד בשנת 1984, שהיה פיזיקאי במעבדות המחקר של יוז במטוסים באותה תקופה.

הרעיון שומר על היתרונות של מפרש סולארי, בכך שהוא אינו דורש דלק מהספינה, אלא גם מהעובדה שאנרגיית הלייזר אינה מתפוגגת עם המרחק כמעט כמו קרינת השמש. אז בעוד מפרש מונע לייזר ייקח קצת זמן להאיץ למהירויות כמעט זוהרות, הוא יהיה מוגבל רק למהירות האור עצמה.

על פי מחקר שנערך בשנת 2000 על ידי רוברט פריסבי, מנהל מחקרי מושגי הנעה מתקדמים במעבדת ההנעה סילונית של נאס"א, ניתן היה להאיץ מפרש לייזר לחצי ממהירות האור בפחות מעשור. הוא גם חישב שמפליג בקוטר 320 ק"מ (200 מיילים) יכול היה להגיע לפרוקסימה קנטאורי בתוך מעט יותר 12 שנים. בינתיים, מפרש בגודל 965 קמ"ר (600 מיילים) יגיע ממש מתחת 9 שנים.

עם זאת, מפרש כזה היה צריך להיבנות מחומרים מרוכבים מתקדמים כדי להימנע מהתכה. בשילוב עם גודלו, זה יסתכם בפרוטה יפה! חמור מכך הוא ההוצאה העצומה שנובעת מבניית לייזר גדול וחזק מספיק בכדי להניע מפרש לחצי ממהירות האור. על פי המחקר של פריסבי עצמו, הלייזרים ידרשו זרימה קבועה של 17,000 טרה-וואט כוח - קרוב למה שהעולם כולו צורך ביום אחד.

מנוע נגד חומר:

אוהדי מדע בדיוני בטוח שמעו על אנטי-חומר. אבל במקרה שלא, אנטי-חומר הוא למעשה חומר המורכב מנוזל-חלקיקים, בעלי מסה זהה אך הפוכה כמו חלקיקים רגילים. מנוע אנטי-חומר, בינתיים, הוא סוג של הנעה המשתמשת באינטראקציות בין חומר לאנטי-חומר כדי לייצר כוח או ליצור דחף.

בקצרה, מנוע אנטי-מעורב כולל חלקיקים של מימן ואנטי-מימן הטריקו זה לזה. תגובה זו משחררת כמו אנרגיה כמו פצצה תרמו-גרענית, יחד עם מקלחת של חלקיקים תת-אטומיים הנקראים פיונים ומואונים. חלקיקים אלה, אשר ינועו בשליש במהירות האור, מועברים אז על ידי זרבובית מגנטית ליצירת דחף.

היתרון לשיעור רקטות זה הוא שחלק גדול ממסת המנוחה של תערובת חומר / אנטי-חומר עשוי להמיר לאנרגיה, מה שמאפשר לרקטות נגד-חומר להיות צפיפות אנרגיה גבוהה בהרבה ודחף ספציפי מכל סוג אחר של טיל המוצע. מה שכן, שליטה בתגובה מסוג זה עלולה להעלות על הדעת רקטה עד מחצית ממהירות האור.

קילוגרם למשקל לירות, סוג זה של ספינה יהיה המהיר והיעיל ביותר בדלק שהוגש אי פעם. בעוד רקטות קונבנציונאליות דורשות טונות של דלק כימי כדי להניע חללית ליעדה, מנוע אנטי-חומר יכול לבצע את אותה העבודה רק עם כמה מיליגרם דלק. למעשה, ההשמדה ההדדית של חצי קילו של חלקיקי מימן ואנטי-מימן תשחרר יותר אנרגיה מאשר פצצת מימן של 10 מגהטון.

מסיבה מדויקת זו היא של נאס"א המכון למושגים מתקדמים (NIAC) חקר את הטכנולוגיה כאמצעי אפשרי למשימות מאדים בעתיד. למרבה הצער, כאשר בוחנים משימות למערכות כוכבים סמוכות, כמות הדלק הדרושה לטיול מוכפלת באופן אקספוננציאלי, והעלות הכרוכה בייצורו תהיה אסטרונומית (ללא מילים!).

על פי דוח שהוכן לכנס ה- 39 של ה- AIAA / ASME / SAE / ASEE והצגה משותפת (גם על ידי רוברט פריסבי), רקטה אנטי-ממטר דו-שלבית תצטרך מעל 815,000 טון מטרי (900,000 טון ארה"ב) לדלק כדי לצאת למסע. לפרוקסימה קנטאורי בעוד כארבעים שנה. זה לא רע, ככל שמגיעים למועדי זמן. אבל שוב, העלות ...

בעוד גרם בודד של אנטי-חומר היה מייצר כמות מדהימה של אנרגיה, ההערכה היא כי הפקת גרם אחד בלבד תדרוש כ -25 מיליון מיליארד קילוואט שעות של אנרגיה ותעלה על טריליון דולר. נכון לעכשיו, הסכום הכולל של אנטי-חומר שנוצר על ידי בני אדם הוא פחות מ -20 ננוגרם.

וגם אם היינו יכולים לייצר אנטי-חומר בזול, היית זקוק לספינה מסיבית שתחזיק את כמות הדלק הדרושה. על פי דיווח של ד"ר דרל סמית 'וג'ונתן וובי מאוניברסיטת האווירונאוטיקה אמברי-רידל באריזונה, מלאכה בין-כוכבית המצוידת במנוע אנטי-חומר עשויה להגיע במהירות של 0.5 למהירות האור ולהגיע לפרוקסימה קנטאורי בקצת יותר מדי 8 שנים. עם זאת, הספינה עצמה תשקל 400 טון מטרי (441 טון ארה"ב) ותצטרך 170 טון (187 טונות ארה"ב) דלק נוגדי חומר כדי לבצע את המסע.

דרך אפשרית לכך היא ליצור כלי שיכול ליצור אנטי-חומר שהוא יכול לאחסן כדלק. מושג זה, המכונה מערכת הסייר הבין-לאומית כוכב הרקמה Vacuum to Antimatter Rockes (VARIES), הוצע על ידי ריצ'רד אובוסי מאינטרסטאראר איקרוס. בהתבסס על הרעיון של תדלוק במקום, ספינת VARIES תסתמך על לייזרים גדולים (המופעלים על ידי מערכים סולאריים אדירים) אשר יווצרו חלקיקי נוגד חומר כאשר יורים לעבר שטח ריק.

בדומה לתפיסת רמג'ט, הצעה זו פותרת את בעיית נשיאת הדלק על ידי רתימתו מהחלל. אך שוב, העלות העצומה של ספינה כזו תהיה יקרה עד איסור באמצעות הטכנולוגיה הנוכחית. בנוסף, היכולת ליצור אנטי-חומר בנפחים גדולים אינה דבר שיש לנו כעת את הכוח לעשות. יש גם עניין הקרינה, שכן השמדת חומר נגד חומר יכול לייצר פיצוצים של קרני גאמה אנרגיה גבוהה.

זה לא רק מהווה סכנה לצוות, הדורש מיגון קרינה משמעותי, אלא דורש לסוכך את המנועים גם כדי להבטיח שהם לא יעברו השפלה אטומית מכל הקרינה אליהם הם נחשפים. אז בשורה התחתונה, מנוע האנטי-חומר אינו מעשי לחלוטין עם הטכנולוגיה הנוכחית שלנו ובסביבת התקציב הנוכחית.

כונן עיוות אלקובייר:

חובבי מדע בדיוני גם הם ללא ספק מכירים את המושג כונן אלקובייר (או "עיוות"). השיטה המוצעת הוצעה על ידי הפיזיקאי המקסיקני מיגל אלקובייר בשנת 1994, הייתה ניסיון לאפשר נסיעה ב- FTL מבלי להפר את התיאוריה של אינשטיין בנושא היחסות המיוחדת. בקיצור, הרעיון כרוך במתיחת מארג המרחב-זמן בגל, מה שיגרום תיאורטית למרחב שלפני אובייקט להתכווץ ולמרחב מאחוריו להתרחב.

אובייקט בתוך הגל הזה (כלומר חללית) יוכל לרכוב על הגל הזה, המכונה "בועת עיוות", מעבר למהירויות יחסיות. מכיוון שהאוניה אינה נעה בתוך בועה זו, אך היא מועברת יחד עם תנועתה, כללי החלל-זמן והיחסות יחדלו לחול. הסיבה לכך היא ששיטה זו אינה מסתמכת על תנועה מהירה יותר מאור במובן המקומי.

זה רק "מהיר יותר מאור" במובן זה שהאוניה יכולה להגיע ליעדה מהר יותר מקרן אור שנסעה מחוץ לבועת העיוות. אז בהנחה שניתן יהיה לחלוט עם מערכת כונן של Alcubierre, היא תוכל לבצע את הנסיעה לפרוקסימה קנטאורי פחות מארבע שנים. אז כשמדובר בנסיעות בחלל הבין-תאוריות, זו ללא ספק הטכנולוגיה המבטיחה ביותר, לפחות מבחינת המהירות.

מטבע הדברים, הרעיון קיבל את חלקו בוויכוחים נגדים לאורך השנים. העיקרית ביניהן היא העובדה שהיא אינה מתחשבת במכניקת הקוונטים ויכולה להיות מבוטלת על ידי תיאוריה של הכל (כמו כוח הכבידה הקוונטי של הלולאה). חישובים על כמות האנרגיה הנדרשת הצביעו גם על כך שכונן עיוות ידרוש כמות כוח אוסרת לעבוד. אי וודאות אחרות כוללות את הבטיחות של מערכת כזו, את ההשפעות על זמן החלל ביעד והפרות של סיבתיות.

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!