Kümme Võimalikku Lahendust Tähtedevahelise Reisi Probleemidele

Sisukord:

Video: Kümme Võimalikku Lahendust Tähtedevahelise Reisi Probleemidele

Video: Kümme Võimalikku Lahendust Tähtedevahelise Reisi Probleemidele
Video: 10 Lahedam vihjeid, mis viib teid järgmisele tasandile töö!!! 2024, Märts
Kümme Võimalikku Lahendust Tähtedevahelise Reisi Probleemidele
Kümme Võimalikku Lahendust Tähtedevahelise Reisi Probleemidele
Anonim
Kümme võimalikku lahendust tähtedevaheliste reiside probleemidele - koloniseerimine, kosmosereisid
Kümme võimalikku lahendust tähtedevaheliste reiside probleemidele - koloniseerimine, kosmosereisid

Nüüd tähtedevaheline reisimine ja koloniseerimine tundub väga ebatõenäoline. Füüsika põhiseadused lihtsalt takistavad seda juhtumast ja paljud inimesed ei pea seda isegi võimatuks.

Teised otsivad võimalusi füüsikaseaduste rikkumiseks (või vähemalt lahenduse leidmiseks), mis võimaldaksid meil reisida kaugete tähtede juurde ja uurida uusi vapraid maailmu.

Alcubierre'i lõimeajam

Pilt
Pilt

Kõik, mida nimetatakse "lõimeajamiks", viitab pigem Star Trekile kui NASA -le. Alcubierre'i lõimeajami idee seisneb selles, et see võiks olla võimalik lahendus (või vähemalt selle otsimise algus), et ületada universumi piirangud, mille see reisile valguskiirusest kiiremini paneb.

Selle idee põhitõed on üsna lihtsad ja NASA kasutab selle selgitamiseks jooksulindi näidet. Kuigi inimene saab jooksulindil liikuda piiratud kiirusega, tähendab inimese ja jooksulindi kombineeritud kiirus, et lõpp on lähemal, kui see oleks olnud tavalisel jooksulindil liikudes.

Jooksurada on lihtsalt lõimeajam, mis liigub läbi aegruumi omamoodi paisumullina. Lõimeajami ees surutakse aegruum kokku. See laieneb tema selja taha. Teoreetiliselt võimaldab see mootoril reisijaid valguse kiirusest kiiremini liigutada.

Arvatakse, et üks aegruumi laiendamisega seotud põhiprintsiipidest on võimaldanud universumil kiiresti laieneda vaid mõni hetk pärast Suurt Pauku. Teoreetiliselt peaks idee olema teostatav.

Lõimeajamit ise luua on keerulisem, mis nõuab veesõiduki ümber tohutut negatiivse energia kotti. On ebaselge, kas see on põhimõtteliselt võimalik. Keegi ei tea. Lisaks toovad manipulatsioonid aegruumiga kaasa veelgi keerukamad küsimused ajas rändamise, seadme negatiivse energiaga toitmise ning selle sisse- ja väljalülitamise kohta.

Põhiidee tuli füüsikult Miguel Alcubierre'ilt, kes selgitas ka lõimeajami võimalusi liikumiseks piki aegruumi laineid pikima tee asemel. Tehniliselt ei riku idee valguse kiirusest kiiremaid reisiseadusi ja isegi selle matemaatiline põhjendus räägib selle võimaliku rakendamise kasuks.

Tähtedevaheline Internet

See on kohutav, kui Maal pole Internetti ja te ei saa Google Mapsi oma nutitelefoni laadida. Ilma selleta on tähtedevahelise reisi ajal veelgi hullem. Kosmosesse minek on alles esimene samm, teadlased hakkavad juba mõtlema, mida teha, kui meie mehitatud ja mehitamata sondid peavad Maale tagasi sõnumeid saatma.

Pilt
Pilt

2008. aastal viis NASA läbi esimesed edukad Interneti -tähtedevahelise versiooni testid. Projekt käivitati juba 1998. aastal osana NASA reaktiivmootorite labori (JPL) ja Google'i partnerlusest. Kümme aastat hiljem omandasid partnerid süsteemi Disrupt-Tolerant Networking (DTN), mis võimaldab pilte saata 30 miljoni kilomeetri kaugusel asuvale kosmoselaevale.

Tehnoloogia peab toime tulema pikkade viivituste ja edastuste katkestustega, nii et see võib edastamist jätkata ka siis, kui signaal on 20 minutit katkenud. See võib läbida, vahel või läbi kõik, alates päikesepõletustest ja päikesetormidest kuni ärritavate planeetideni, mis võivad andmete edastamist takistada ilma teavet kaotamata.

Meie maapealse Interneti ühe rajaja ja tähtedevahelise teerajaja Vint Cerfi sõnul saab DTN -süsteem ületada kõik probleemid, mis kimbutavad traditsioonilist TCIP / IP -protokolli, kui see peab töötama pikki vahemaid, kosmilises mastaabis. TCIP / IP puhul võtab Google'i otsing Marsil nii kaua aega, et tulemused muutuvad taotluse töötlemise ajal ja teave kaob väljundis osaliselt. DTN -iga on insenerid lisanud midagi täiesti uut - võimaluse määrata erinevatele planeetidele erinevaid domeeninimesid ja valida, millisel planeedil soovite Internetist otsida.

Aga reisimine planeetidele, mida me veel ei tunne? Scientific American pakub välja, et võib -olla on viis, kuigi väga kulukas ja aeganõudev, Interneti viimiseks Alpha Centauri. Käivitades seeria isekopeeruvaid von Neumanni sonde, saab luua pika seeria edastusjaamu, mis võivad saata teavet tähtedevahelise ahela kaudu.

Meie süsteemis sündinud signaal läbib sondid ja jõuab Alfa Centauri ja vastupidi. Tõsi, vaja läheb palju sonde, mille ehitamine ja käivitamine läheb maksma miljardeid.

Ja üldiselt, arvestades, et kõige kaugem sond peab tuhandeid aastaid oma teed katma, võib arvata, et selle aja jooksul ei muutu mitte ainult tehnoloogiad, vaid ka sündmuse kogumaksumus. Ärgem kiirustagem.

Kosmose embrüonaalne koloniseerimine

Pilt
Pilt

Üks suurimaid probleeme tähtedevahelise reisimisega - ja üldse koloniseerimisega - on aeg, mis kulub kuhugi jõudmiseks, isegi kui mõni lõime ajab varruka üles.

Juba ülesanne toimetada asunike rühm sihtkohta tekitab palju probleeme, mistõttu sünnivad ettepanekud saata mitte rühm koloniste koos täielikult komplekteeritud meeskonnaga, vaid pigem embrüotega täidetud laev - inimkonna tuleviku seemned..

Kui laev jõuab sihtkohta soovitud kaugusele, hakkavad külmutatud embrüod kasvama. Siis tulevad neist välja lapsed, kes kasvavad laeval ja lõpuks sihtkohta jõudes on neil kõik võimalused uue tsivilisatsiooni eostamiseks.

Ilmselgelt tekitab see kõik omakorda tohutu hulga küsimusi, näiteks kes ja kuidas hakkab embrüote kasvatamist läbi viima. Robotid võiksid inimesi kasvatada, aga milliseid inimesi robotid kasvatavad? Kas robotid saavad aru, mida laps vajab kasvamiseks ja õitsenguks? Kas nad suudavad mõista karistusi ja hüvesid, inimlikke emotsioone?

Igatahes jääb üle vaadata, kuidas hoida külmutatud embrüoid sadu aastaid puutumata ja kuidas neid tehiskeskkonnas kasvatada.

Üks väljapakutud lahendusi, mis võiks lahendada robot -lapsehoidja probleeme, võiks olla kombinatsioon embrüotega laevast ja peatatud animatsiooniga laevast, milles täiskasvanud magavad, olles valmis ärkama, kui peavad lapsi kasvatama.

Aastatepikkune lapsevanemaks saamine koos talveunerežiimi naasmisega võib teoreetiliselt viia stabiilse elanikkonnani. Hoolikalt valmistatud embrüopartii võib pakkuda geneetilist mitmekesisust, mis hoiab populatsiooni enam -vähem stabiilsena pärast koloonia loomist.

Laeva saab lisada ka täiendava partii koos embrüotega, mis mitmekesistab tulevikus geneetilist fondi veelgi.

Von Neumanni sondid

Kõik, mida me ehitame ja kosmosesse saadame, seisab paratamatult silmitsi oma probleemidega ning tundub täiesti võimatu ülesanne teha midagi, mis läbib miljoneid kilomeetreid ega põle, lagune ega kao. Sellele probleemile võib aga lahenduse leida juba aastakümneid tagasi.

1940. aastatel pakkus füüsik John von Neumann välja mehaanilise tehnoloogia, mis oleks reprodutseeritav, ja kuigi tema ideel polnud tähtedevahelise reisimisega mingit pistmist, jõudis kõik paratamatult selleni.

Pilt
Pilt

Selle tulemusel saaks von Neumanni sonde teoreetiliselt kasutada suurte tähtedevaheliste territooriumide uurimiseks. Mõne uurija sõnul ei ole idee, et see kõik jõudis meieni esimesena, mitte ainult uhke, vaid ka ebatõenäoline.

Edinburghi ülikooli teadlased avaldasid ajakirjas International Journal of Astrobiology ettekande, milles uurisid mitte ainult võimalust luua selline tehnoloogia oma vajaduste rahuldamiseks, vaid ka tõenäosust, et keegi oli seda juba teinud. Tuginedes varasematele arvutustele, mis näitasid, kui kaugele võib aparaat erinevate liikumisviiside abil ronida, on teadlased uurinud, kuidas see võrrand muutub, kui seda rakendatakse isepaljunevatele sõidukitele ja sondidele.

Teadlaste arvutused olid üles ehitatud isekorduvate sondide ümber, mis võiksid kasutada prahti ja muid kosmosematerjale nooremate sondide ehitamiseks. Vanemate ja laste sondid paljuneksid nii kiiresti, et need hõlmaksid kogu galaktika vaid 10 miljoni aastaga - eeldusel, et nad liiguvad 10% valguse kiirusega.

See aga tähendaks, et mingil hetkel oleks pidanud meid külastama mõned sellised sondid. Kuna me pole neid näinud, võime leida mugava seletuse: kas me pole tehnoloogiliselt piisavalt arenenud, et teada, kust otsida, või oleme galaktikas tõeliselt üksi.

Musta auguga tropp

Idee kasutada planeedi või kuu gravitatsiooni pildistamiseks pildina kasutati meie päikesesüsteemis rohkem kui üks või kaks korda, peamiselt Voyager 2, mis sai lisatõuke kõigepealt Saturnilt ja seejärel Uraanilt teel süsteemist välja ….

Idee hõlmab laeva manööverdamist, mis võimaldab tal suurendada (või vähendada) kiirust, kui see liigub läbi planeedi gravitatsioonivälja. See idee meeldib eriti ulmekirjanikele.

Kirjanik Kip Thorne pakkus välja idee: selline manööver võib aidata seadmel lahendada tähtedevahelise reisimise ühe suurima probleemi - kütusekulu. Ja ta soovitas riskantsemat manöövrit: kiirendust binaarsete mustade aukudega. Kütuse põletamiseks kulub minut, et kriitiline orbiit ühest mustast august teise läbida.

Pärast mustade aukude ümberpööramist kiirendab seade kiirust valguse lähedal. Jääb vaid sihtida hästi ja aktiveerida raketi tõukejõud, et kaardistada tähtede suund.

Ebatõenäoline? Jah. Imeline? Kindlasti. Thorne rõhutab, et sellise ideega on palju probleeme, näiteks trajektooride ja aja täpsed arvutused, mis ei võimalda seadet otse lähimale planeedile, tähele või muule kehale saata. Küsimusi on ka koju naasmise kohta, kuid kui tõesti sellise manöövri kasuks otsustate, ei plaani te kindlasti naasta.

Sellise idee pretsedent on juba loodud. 2000. aastal avastasid astronoomid 13 supernoovat, mis lendasid läbi galaktika uskumatu kiirusega 9 miljonit kilomeetrit tunnis. Urbana-Champagne'i Illinoisi ülikooli teadlased on leidnud, et need ekslikud tähed viskasid galaktikast välja paar musta auku, mis kahe eraldi galaktika hävitamise ja ühendamise käigus lukustati paariks.

Tähtedega käivitaja

Pilt
Pilt

Isegi isekorduvate sondide käivitamisel on probleem kütusekuluga.

See ei takista inimestel otsimast uusi ideid, kuidas sonde tähtedevahelistesse kaugustesse käivitada. See protsess nõuaks megaton energiat, kui kasutaksime täna olemasolevat tehnoloogiat.

Aatomitehnika instituudi Forrest Bishop ütles, et on loonud meetodi tähtedevaheliste sondide käivitamiseks, mis nõuaks autoakuga ligikaudu võrdset energiat.

Teoreetiline tähtedega käivitaja on umbes 1000 kilomeetrit pikk ja koosneb peamiselt traadist ja traadist. Vaatamata pikkusele mahuks kogu see asi ühte kaubalaeva ja seda saaks laadida 10-voldise akuga.

Osa kavast sisaldab stardisonde, mis on massist veidi suuremad kui mikrogramm ja sisaldavad ainult põhiteavet, mis on vajalik sondide edasiseks ehitamiseks kosmoses. Selliseid sonde saab käivitada mitmel miljardil korral.

Plaani põhipunkt on see, et isekopeerivad sondid saavad pärast käivitamist üksteisega koostööd teha. Päästik ise on varustatud ülijuhtivate magnetiliste levitatsioonimähistega, mis tekitavad tõukejõu tagamiseks vastupidise jõu.

Piiskop ütleb, et mõned plaani üksikasjad tuleb välja töötada, näiteks tähtedevahelise kiirguse ja prahi vastu võitlemine sondidega, kuid üldiselt saab ehitusega alustada.

Spetsiaalsed taimed kosmoseeluks

Kui oleme kuhugi jõudnud, vajame võimalusi toidu kasvatamiseks ja hapniku taastamiseks. Füüsik Freeman Dyson pakkus huvitavaid ideid, kuidas seda teha.

Pilt
Pilt

1972. aastal pidas Dyson oma kuulsa loengu Londoni Birkbecki kolledžis. Samas pakkus ta välja, et mõne geneetilise manipuleerimise abil oleks võimalik luua puid, mis ei suuda mitte ainult kasvada, vaid ka õitseda ebasobival pinnal, näiteks komeete.

Programmeerige puu ümber nii, et see peegeldaks ultraviolettkiirgust ja säästaks vett tõhusamalt, ning puu mitte ainult ei juurdu ega kasva, vaid kasvab ka maa standardite järgi mõeldamatu suurusega. Intervjuus pakkus Dyson välja, et tulevikus võivad ilmneda mustad puud nii kosmoses kui ka Maal.

Ränipõhised puud oleksid tõhusamad ja tõhusus on pikaajalise ellujäämise võti. Dyson rõhutab, et see protsess ei kesta minut - võib -olla mõtleme kahesaja aasta pärast lõpuks välja, kuidas panna puud kosmoses kasvama.

Dysoni idee pole sugugi hullumeelne. NASA täiustatud kontseptsioonide instituut on terve osakond, mis on pühendunud tulevikuprobleemide lahendamisele, sealhulgas Marsi pinnale stabiilsete taimede kasvatamise ülesandele. Isegi Marsi kasvuhoonetaimed kasvavad ekstreemsetes tingimustes ja teadlased otsivad võimalusi, kuidas sobitada taimed ekstremofiilidega, pisikeste mikroskoopiliste organismidega, kes ellu jäävad mõnes kõige julmemas olukorras Maal.

Alates alpi tomatitest, millel on sisseehitatud vastupidavus UV-kiirgusele, kuni bakteriteni, mis säilivad maailma kõige külmemates, kuumimates ja sügavamates nurkades, võime ühel päeval kokku panna Marsi aia. Jääb vaid välja mõelda, kuidas kõik need tellised kokku panna.

Kohaliku ressursi kasutamine

Maast eemal elamine võib olla Maa peal uus trend, kuid igakuiste kosmosemissioonide puhul muutub see vajalikuks. NASA tegeleb praegu muu hulgas kohaliku ressursside kasutamise (ISRU) teema uurimisega.

Kosmoselaeval pole palju ruumi ning pikaajaliseks koloniseerimiseks või reisimiseks on vaja ehitada süsteeme kosmosest ja teistelt planeetidelt leitud materjalide kasutamiseks, eriti kui sihtkohast saab koht, kust on väga raske varusid hankida. kütus, toit jne.

Esimesed katsed kohalike ressursside kasutamise võimalusi demonstreerida tehti Hawaii vulkaanide nõlvadel ja polaarmissioonide käigus. Ülesannete loend sisaldab selliseid esemeid nagu kütusekomponentide eemaldamine tuhast ja muult looduslikult ligipääsetavalt maastikult.

2014. aasta augustis tegi NASA võimsa teadaande, paljastades uued mänguasjad, mis rändavad Marsile koos järgmise, 2020. aastal turule tuleva roveriga. Uue roveri arsenali tööriistade hulgas on ka MOXIE, eksperiment, mis käsitleb ressursside kohalikku kasutamist Marsi hapniku kujul.

MOXIE võtab Marsi hingamatu atmosfääri (96% süsinikdioksiidi) ja jagab selle hapnikuks ja vingugaasiks. Seade suudab toota 22 grammi hapnikku iga töötunni kohta.

Samuti loodab NASA, et MOXIE suudab näidata midagi muud - järjepidevat jõudlust, ilma et see kahjustaks tootlikkust või tõhusust. MOXIE ei saa olla mitte ainult oluline samm pikaajaliste maaväliste missioonide suunas, vaid ka sillutada teed paljudele potentsiaalsetele kahjulike gaaside muundajatele kasulikeks.

2 ülikond

Paljundamine ruumis võib muutuda problemaatiliseks mitmel erineval tasemel, eriti mikrogravitatsioonikeskkonnas. 2009. aastal näitasid Jaapani katsed hiire embrüotega, et isegi siis, kui viljastumine toimub nullist erineva raskusjõu all, ei arene embrüod, mis arenevad väljaspool Maa harilikku gravitatsiooni (või sellega samaväärset), normaalselt.

Probleemid tekivad siis, kui rakud peavad jagunema ja tegema spetsiaalseid toiminguid. See ei tähenda, et viljastumist ei toimuks: kosmoses eostatud ja maismaanaiste emaste hiirte külge siirdatud hiirte embrüod on edukalt kasvanud ja ilma probleemideta sündinud.

Pilt
Pilt

See tekitab ka teise küsimuse: kuidas täpselt laste tootmine mikrogravitatsioonis toimib? Füüsikaseadused, eriti asjaolu, et igal toimingul on võrdne ja vastupidine reaktsioon, muudab selle mehaanika pisut naeruväärseks. Kirjanik, näitleja ja leiutaja Vanna Bonta otsustas seda küsimust tõsiselt võtta.

Ja ta lõi 2suit: ülikonna, milles kaks inimest saavad end peita ja lapsi tootma hakata. Nad isegi kontrollisid teda. 2008. aastal katsetati 2suiti nn Vomit Cometil (lennuk, mis teeb järske pöördeid ja loob minutilised nullgravitatsioonitingimused).

Kuigi Bonta soovitab, et tema leiutisega saaks mesinädalad kosmoses reaalseks muuta, on ülikonnal ka praktilisemaid otstarbeid, näiteks hädaolukorras kehasoojuse hoidmine.

Projekt Longshot

Projekti Longshot töötasid ühiselt välja USA mereväeakadeemia ja NASA meeskond 1980ndate lõpus. Plaani lõppeesmärk oli 21. sajandi vahetusel käivitada midagi, nimelt mehitamata sond, mis rändaks Alfa Centauri.

Eesmärgi saavutamiseks kuluks tal 100 aastat. Kuid enne selle avaldamist on vaja mõningaid põhikomponente, mis tuleb samuti välja töötada.

Pilt
Pilt

Lisaks sidelaseritele, vastupidavatele tuuma lõhustumisreaktoritele ja inertsiaalsele laserfusioonrakettmootorile oli ka teisi elemente.

Sond pidi omandama iseseisva mõtlemise ja funktsiooni, kuna oleks peaaegu võimatu suhelda tähtedevaheliste vahemaade vahel piisavalt kiiresti, et teave jääks vastuvõtupunkti saabudes asjakohaseks. Samuti pidi see olema uskumatult vastupidav, kuna sond jõuab sihtkohta 100 aasta pärast.

Longshot saadeti Alpha Centauri erinevate ülesannetega. Põhimõtteliselt pidi ta koguma astronoomilisi andmeid, mis võimaldaksid täpselt arvutada kaugusi miljardite, kui mitte triljonite teiste tähtedeni. Aga kui aparaati toitev tuumareaktor otsa saab, peatub ka missioon. Longshot oli väga ambitsioonikas plaan, mis ei saanud kunagi käiku.

Kuid see ei tähenda, et idee oleks punga alla surnud. 2013. aastal võttis Longshot II projekt sõna otseses mõttes aluse üliõpilasprojekti Icarus Interstellar näol. Algsest Longshot -programmi kasutuselevõtust on möödunud aastakümnete pikkune tehnoloogiline areng, neid saab rakendada uuele versioonile ja programm tervikuna on põhjalikult uuendatud. Kütusekulud vaadati üle, missiooni kärpiti poole võrra ja kogu Longshoti disain pealaest jalatallani üle.

Lõplik eelnõu on huvitav näitaja selle kohta, kuidas lahendamatu probleem muutub uute tehnoloogiate ja teabe lisamisega. Füüsikaseadused jäävad samaks, kuid 25 aastat hiljem on Longshotil võimalus leida oma teine tuul ja näidata meile, milline peaks tulevane tähtedevaheline reis olema.

Soovitan: