Жұлдызаралық саяхат шынайы ма?

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Мақала авторы бір адам өмірінің ішінде адамдарға Әлемнің кез келген нүктесіне жетуге мүмкіндік беретін төрт перспективалы технология туралы егжей-тегжейлі айтып береді. Салыстыру үшін: заманауи технологияны пайдалана отырып, басқа жұлдыз жүйесіне жол шамамен 100 мың жылды алады.

Адам баласы түнгі аспанға алғаш қараған сәттен бастап біз басқа әлемдерге баруды және Ғаламды көруді армандадық. Біздің химиялық отынмен жұмыс істейтін зымырандарымыз Күн жүйесіндегі көптеген планеталарға, айларға және басқа денелерге жеткенімен, Жерден ең алыстағы «Вояджер 1» ғарыш кемесі небәрі 22,3 миллиард шақырымды бағындырды. Бұл ең жақын белгілі жұлдыз жүйесіне дейінгі қашықтықтың 0,056% ғана. Заманауи технологияны пайдалана отырып, басқа жұлдыз жүйесіне жол шамамен 100 мың жылға созылады.

Дегенмен, біз бұрынғыдай әрекет етудің қажеті жоқ. Егер дұрыс технология қолданылса, үлкен пайдалы жүк массасы бар көліктерді, тіпті бортында адамдар болса да, ғаламда бұрын-соңды болмаған қашықтыққа жіберудің тиімділігі айтарлықтай жақсаруы мүмкін. Нақтырақ айтқанда, бізді әлдеқайда аз уақыт ішінде жұлдыздарға жеткізе алатын төрт перспективалы технология бар. Міне олар.

бір). Ядролық технология. Осы уақытқа дейін адамзат тарихында ғарышқа ұшырылған барлық ғарыш аппараттарының ортақ бір қасиеті бар: химиялық отынмен жұмыс істейтін қозғалтқыш. Иә, зымыран отыны - бұл максималды тартуды қамтамасыз етуге арналған химиялық заттардың арнайы қоспасы. Бұл жерде «химиялық заттар» тіркесі маңызды. Қозғалтқышқа энергия беретін реакциялар атомдар арасындағы байланысты қайта бөлуге негізделген.

Бұл біздің әрекеттерімізді түбегейлі шектейді! Атом массасының басым көпшілігі оның ядросына келеді – 99,95%. Химиялық реакция басталған кезде атомдар айналасында айналатын электрондар қайта бөлінеді және әдетте Эйнштейннің әйгілі теңдеуіне сәйкес реакцияға қатысатын атомдардың жалпы массасының шамамен 0,0001% энергия ретінде бөлінеді: E = mc2. Бұл зымыранға жүктелген әрбір килограмм отын үшін реакция кезінде сіз шамамен 1 миллиграммға тең энергия аласыз дегенді білдіреді.

Алайда, егер ядролық отынмен жұмыс істейтін зымырандар қолданылса, жағдай түбегейлі басқаша болады. Электрондардың конфигурациясындағы өзгерістерге және атомдардың бір-бірімен байланысына сенудің орнына, атом ядроларының бір-бірімен байланысына әсер ету арқылы салыстырмалы түрде үлкен энергияны шығаруға болады. Уран атомын нейтрондармен бомбалау арқылы бөлгенде, ол кез келген химиялық реакцияға қарағанда әлдеқайда көп энергия шығарады. 1 килограмм уран-235 911 миллиграмм массаға тең энергия бөле алады, бұл химиялық отыннан мың есе тиімдірек.

Егер біз ядролық синтезді меңгерсек, қозғалтқыштарды одан да тиімдірек ете алар едік. Мысалы, инерциялық басқарылатын термоядролық синтез жүйесі, оның көмегімен сутегін гелийге синтездеуге болады, мұндай тізбекті реакция Күнде жүреді. 1 килограмм сутегі отынын гелийге синтездеу 7,5 килограмм массаны таза энергияға айналдырады, бұл химиялық отынға қарағанда 10 мың есе тиімдірек.

Идея – зымыран үшін бірдей жеделдікті әлдеқайда ұзағырақ уақыт ішінде алу: қазіргіден жүздеген, тіпті мыңдаған есе ұзағырақ, бұл оларға кәдімгі зымырандарға қарағанда жүздеген немесе мыңдаған есе жылдамырақ дамуға мүмкіндік береді. Мұндай әдіс жұлдызаралық ұшу уақытын жүздеген, тіпті ондаған жылдарға дейін қысқартады. Бұл – ғылымның даму қарқыны мен бағытына қарай 2100 жылға қарай қолданатын болашағымыз зор технология.

2). Ғарыштық лазерлер сәулесі. Бұл идея бірнеше жыл бұрын танымал болған Breakthrough Starshot жобасының негізінде жатыр. Осы жылдар бойы тұжырымдама өзінің тартымдылығын жоғалтқан жоқ. Кәдімгі зымыран өзімен бірге отын алып, оны жеделдетуге жұмсайтын болса, бұл технологияның негізгі идеясы ғарыш кемесіне қажетті серпін беретін қуатты лазерлер сәулесі болып табылады. Басқаша айтқанда, жеделдету көзі кеменің өзінен ажыратылады.

Бұл тұжырымдама көптеген жолдармен қызықты және революциялық. Лазерлік технологиялар сәтті дамып келеді және тек күшті ғана емес, сонымен қатар жоғары коллимациялануда. Сонымен, егер біз лазер сәулесінің жеткілікті жоғары пайызын көрсететін желкен тәрізді материал жасасақ, ғарыш кемесі үлкен жылдамдықтарды дамыту үшін лазерлік түсіруді пайдалана аламыз. Салмағы ~ 1 грамм болатын «жұлдызды кеме» жарық жылдамдығының ~ 20% жылдамдығына жетеді деп күтілуде, бұл оған ең жақын жұлдыз Проксима Центавриге бар-жоғы 22 жылда ұшуға мүмкіндік береді.

Әрине, бұл үшін лазерлердің үлкен сәулесін (шамамен 100 км2) жасауға тура келеді және мұны ғарышта жасау керек, дегенмен бұл технология мен ғылымға қарағанда шығын мәселесі. Дегенмен, мұндай жобаны жүзеге асыру үшін бірқатар қиындықтарды жеңу керек. Олардың ішінде:

• тірегі жоқ желкен айналады, тұрақтандыру механизмінің қандай да бір түрі (әлі дамымаған) қажет;
• межелі нүктеге жеткенде тежеу мүмкін еместігі, өйткені бортта жанармай жоқ;
• тіпті егер ол адамдарды тасымалдауға арналған құрылғыны масштабтау үшін шықса да, адам үлкен үдеумен өмір сүре алмайды - қысқа уақыт ішінде жылдамдықтың айтарлықтай айырмашылығы.

Мүмкін бір күні технологиялар бізді жұлдыздарға апара алатын шығар, бірақ адам үшін жарық жылдамдығының ~ 20% тең жылдамдыққа жетудің сәтті әдісі әлі жоқ.

3). Антизаттық отын. Егер біз әлі де өзімізбен бірге отын алып жүргіміз келсе, біз оны барынша тиімді ете аламыз: ол бөлшектер мен антибөлшектерді жоюға негізделген. Борттағы массаның бір бөлігі ғана энергияға айналатын химиялық немесе ядролық отыннан айырмашылығы, бөлшек-антибөлшектердің аннигиляциясы бөлшектердің де, антибөлшектердің де массасының 100% пайдаланады. Барлық отынды импульстік энергияға айналдыру мүмкіндігі отын тиімділігінің ең жоғары деңгейі болып табылады.

Бұл әдісті тәжірибеде негізгі үш бағытта қолдануда қиындықтар туындайды. Атап айтқанда:

• тұрақты бейтарап антиматерия құру;
• оны кәдімгі заттардан оқшаулау және оны дәл бақылау мүмкіндігі;
• жұлдызаралық ұшу үшін жеткілікті үлкен мөлшерде антиматерия шығарады.

Бақытымызға орай, алғашқы екі мәселе қазірдің өзінде пысықталуда.

Үлкен адрондық коллайдер орналасқан Еуропалық ядролық зерттеулер ұйымында (CERN) «антиматер фабрикасы» деп аталатын үлкен кешен бар. Онда алты тәуелсіз ғалымдар тобы антиматерияның қасиеттерін зерттеп жатыр. Олар антипротондарды алып, оларды баяулатады, позитронды олармен байланысуға мәжбүр етеді. Осылайша антиатомдар немесе бейтарап антиматер пайда болады.

Олар бұл антиатомдарды заттан жасалған ыдыстың қабырғаларынан алыс жерде ұстап тұратын әртүрлі электр және магнит өрістері бар контейнерде оқшаулайды. Қазіргі уақытта, 2020 жылдың ортасына қарай, олар бір уақытта бірнеше антиатомдарды сәтті оқшаулады және тұрақты етті. Алдағы бірнеше жылда ғалымдар гравитациялық өрістегі антиматерияның қозғалысын басқара алады.

Бұл технология бізге жақын арада қол жетімді болмайды, бірақ жұлдызаралық саяхаттың ең жылдам тәсілі антиматерлік зымыран болып шығуы мүмкін.

4). Қараңғы материядағы жұлдызды кеме. Бұл опция, әрине, қараңғы материяға жауапты кез келген бөлшек бозон сияқты әрекет етеді және өзінің антибөлшектері болып табылады деген болжамға сүйенеді. Теорияда өзінің антибөлшегі болып табылатын қараңғы материяның өзімен соқтығысатын кез келген басқа қара материя бөлшектерімен жойылу мүмкіндігі аз, бірақ нөлге тең емес. Біз соқтығыс нәтижесінде бөлінетін энергияны пайдалана аламыз.

Бұған дәлел болуы мүмкін. Бақылаулар нәтижесінде Құс жолы мен басқа галактикалардың орталықтарынан келетін гамма-сәулеленудің түсініксіз артық мөлшері бар, онда қара энергияның концентрациясы ең жоғары болуы керек екендігі анықталды. Бұл үшін қарапайым астрофизикалық түсініктеме болуы мүмкін әрқашан бар, мысалы, пульсарлар. Дегенмен, бұл қараңғы материя әлі де галактиканың ортасында өзімен бірге жойылып жатқан болуы мүмкін және осылайша бізге керемет идея - қараңғы материядағы жұлдызды кемені береді.

Бұл әдістің артықшылығы - қара материя галактиканың барлық жерінде бар. Бұл сапарда бізбен бірге жанармай алып жүрудің қажеті жоқ дегенді білдіреді. Оның орнына, қараңғы энергия реакторы келесі әрекеттерді орындай алады:

• жақын маңдағы кез келген қараңғы заттарды алыңыз;
• оның жойылуын жеделдету немесе табиғи түрде жойылуына мүмкіндік беру;
• алынған энергияны кез келген қажетті бағытқа серпін алу үшін қайта бағыттаңыз.

Қажетті нәтижеге жету үшін адам реактордың көлемі мен қуатын басқара алады.

Бортта жанармай тасымалдаудың қажеті болмаса, қозғалтқышпен басқарылатын ғарыштық саяхаттың көптеген проблемалары жойылады. Керісінше, біз кез келген саяхаттың арманына қол жеткізе аламыз - шексіз тұрақты жеделдету. Бұл бізге ең ақылға сыймайтын қабілет - бір адам өмірінің ішінде Әлемнің кез келген нүктесіне жету мүмкіндігін береді.

Егер біз өзімізді бар зымырандық технологиялармен шектейтін болсақ, онда Жерден ең жақын жұлдыз жүйесіне бару үшін кем дегенде ондаған мың жылдар қажет болады. Дегенмен, қозғалтқыш технологиясындағы елеулі жетістіктер жақын және бір адамның өміріне саяхат уақытын қысқартады. Егер біз ядролық отынды, ғарыштық лазер сәулелерін, антиматерияны немесе тіпті қараңғы материяны пайдалануды игере алсақ, біз өз арманымызды орындап, warp дискілері сияқты бұзушы технологияларды қолданбай ғарыштық өркениетке айналамыз.

Ғылымға негізделген идеяларды іске асырылатын, нақты әлемдегі жаңа буын қозғалтқыш технологияларына айналдырудың көптеген әлеуетті жолдары бар. Ғасырдың соңына қарай әлі ойлап табылмаған ғарыш кемесі Жерден ең алыстағы адам қолымен жасалған нысандар ретінде Жаңа көкжиектер, Пионер және Вояжердің орнын басуы әбден мүмкін. Ғылым қазірдің өзінде дайын. Бізге қазіргі технологияның шегінен шығып, осы арманды жүзеге асыру қалады.