Mezihvězdné cestování

Rocket conceptsEdit

Všechny rakety pojmy jsou omezené raketové rovnice, která udává charakteristické rychlosti je k dispozici jako funkce výfuku rychlost a hmotnostní poměr, poměr počáteční (M0, včetně pohonných hmot) do konečné (M1, palivo ochuzený) hmoty.

velmi vysoký specifický výkon, poměr tahu k celkové hmotnosti vozidla, je nutný k dosažení mezihvězdných cílů v rámci časových rámců sub-century. Určitý přenos tepla je nevyhnutelný a musí být přiměřeně zacházeno s obrovským topným zatížením.,

Tak, pro mezihvězdné rakety pojmy všech technologií, klíčový technický problém (jen zřídka výslovně uvedeno), je omezení přenosu tepla z proudu výfukových plynů zpět do vozidla.

ion engineEdit

typ elektrického pohonu, kosmické lodě jako Dawn používají iontový motor. V iontovém motoru se elektrická energie používá k vytvoření nabitých částic pohonné látky, obvykle plynového xenonu, a jejich zrychlení na extrémně vysoké rychlosti., Výfukové rychlost konvenční rakety je omezena chemické energie uložené v palivu je molekulární vazby, která omezuje tah asi 5 km/s. Oni produkují vysoký tah (o 10⁶ N), ale mají nízký specifický impuls, a to omezuje jejich maximální rychlost. Naproti tomu iontové motory mají nízkou sílu, ale maximální rychlost je v zásadě omezena pouze elektrickou energií dostupnou na kosmické lodi a urychlenými ionty plynu. Rychlost výfukových plynů nabitých částic se pohybuje od 15 km/s do 35 km / s.,

Jaderné štěpení poweredEdit

Štěpení-electricEdit

Jaderná energie-elektrické nebo plazmové motory, pracující po dlouhou dobu v mírném tahu a poháněn štěpné reaktory, mají potenciál dosáhnout rychlosti mnohem větší, než chemicky poháněl vozidla nebo jaderných tepelných raket. Taková vozidla mají pravděpodobně potenciál k napájení průzkumu sluneční soustavy s rozumnými časy výletů v současném století. Kvůli jejich nízkému tahu by byly omezeny na provoz mimo planetu, hluboko do vesmíru., Elektricky poháněné kosmické lodi pohonu poháněn přenosný zdroj moci, říci, jaderný reaktor, vyrábějící jen malé zrychlení, bude trvat staletí dosáhnout například 15% z rychlosti světla, a tudíž nevhodné pro mezihvězdný let během jediného lidského života.

Štěpení-fragmentEdit

Štěpení-fragment rakety využití jaderného štěpení k vytvoření vysokorychlostní proudy štěpení fragmentů, které se vysune při rychlostech až 12 000 km/s (7,500 mi/s). Při štěpení je energetický výkon přibližně 0.,1% celkové hmotnostní energie reaktorového paliva a omezuje efektivní rychlost výfukových plynů na přibližně 5% rychlosti světla. Pro maximální rychlost by reakční hmota měla optimálně sestávat z štěpných produktů, „popela“ primárního zdroje energie, takže v hmotnostním poměru nemusí být žádná další reakční hmota.

Jaderné pulseEdit

na Základě práce, v pozdní 1950 do časných 1960, to bylo technicky možné postavit kosmické lodě s nukleární pulsní pohon motorů, tj. díky sérii jaderných výbuchů. Tento pohonný systém obsahuje perspektivu velmi vysokého specifického impulsu (ekvivalent kosmického cestování spotřeby paliva) a vysokého specifického výkonu.

Projekt Orion člen týmu Freeman Dyson navrhl v roce 1968 mezihvězdné kosmické lodi pomocí nukleární pulsní pohon, který používá čistě deuteriové fúze detonace s velmi vysokou paliva-vyhoření zlomek., Vypočítal rychlost výfuku 15 000 km/s a 100 000 tun kosmické vozidlo schopné dosáhnout 20 000 km / s delta-v umožňující letový čas na Alpha Centauri 130 let. Novější studie ukazují, že top výletní rychlost, která může být teoreticky dosaženo Teller-Ulam termonukleární jednotky poháněné Orion hvězdné lodi, za předpokladu, že žádné palivo je uloženo pro zpomalení zpět dolů, je o 8% až 10% rychlosti světla (0.08-0.1 c). Atomový (štěpný) Orion může dosáhnout možná 3% -5% rychlosti světla., Jaderný pulzní pohon lodi poháněné fusion-antihmotou katalyzované nukleární pulsní pohonné jednotky bude obdobně v rozsahu 10% a čisté reakce hmoty a antihmoty rakety by teoreticky mohou dosáhnout rychlosti mezi 50% až 80% rychlosti světla. V každém případě šetří palivo pro zpomalení na polovinu maximální rychlosti. Koncept pomocí magnetické plachty a zpomalit loď, jak se blíží její cíl byl projednán jako alternativu k používání paliva, to by umožnilo lodi cestovat v blízkosti maximální teoretické rychlosti., Alternativní návrhy využívající podobné principy zahrnují Projekt Longshot, Project Daedalus a Mini-Mag Orion. Princip vnějšího pohonu jaderného impulsu pro maximalizaci přežití zůstal běžný mezi vážnými koncepty mezihvězdného letu bez vnějšího vyzařování energie a pro velmi výkonný meziplanetární let.,

V roce 1970 Jaderný Pulzní Pohon konceptu dále byla zdokonalena Projektu Daedalus pomocí externě spouštěné inerciální udržení, fúze, v tomto případě produkující fúzní výbuchů prostřednictvím stlačení fúzního paliva pelety s vysoce výkonnými elektronovými paprsky. Od té doby byly navrženy lasery, iontové paprsky, paprsky neutrálních částic a hyper-kinetické projektily k výrobě jaderných Pulzů pro pohonné účely.,

aktuální překážky bránící rozvoji jaderného výbuchu-poháněl loď je z roku 1963 Partial Test Ban Smlouvy, která zahrnuje zákaz odpálení jaderného zařízení (i non-zbraň na bázi) v kosmickém prostoru. Tato smlouva by tedy třeba znovu projednat, i když projekt v měřítku mezihvězdné mise využívající v současné době dohledné technologie by pravděpodobně vyžadovat mezinárodní spolupráci na alespoň měřítku Mezinárodní Vesmírné Stanice.,

dalším problémem, který je třeba zvážit, by byly síly g, které byly předány rychle zrychlené kosmické lodi, nákladu a cestujícím uvnitř (viz negace setrvačnosti).

Jaderná fúze rocketsEdit

Fusion raketa lodě, poháněné termonukleární reakce, by měl teoreticky být schopen dosáhnout rychlosti v řádu 10% tohoto světla, na základě energetických úvah sám. Teoreticky by velké množství stupňů mohlo tlačit vozidlo libovolně blízko rychlosti světla. Tyto by „hořet“ jako světelný prvek paliv jako deuterium, tritium, 3He, 11B, a 7Li. Protože fusion výnosy o 0.,3-0, 9% hmotnosti jaderného paliva jako uvolněné energie je energeticky příznivější než štěpení, které uvolňuje <0,1% hmotnostní energie paliva. Maximální výfukových rychlosti potenciálně energicky k dispozici jsou odpovídajícím způsobem vyšší, než na štěpení, obvykle 4-10% c. Nicméně, nejvíce snadno dosažitelný fúzní reakce uvolní velkou část své energie jako vysoce energetických neutronů, které jsou významným zdrojem energetických ztrát., Ačkoli se zdá, že tyto koncepty nabízejí nejlepší (nejbližší) vyhlídky na cestu k nejbližším hvězdám během (dlouhého) lidského života, stále zahrnují masivní technologické a inženýrské potíže, které se mohou ukázat jako neřešitelné po celá desetiletí nebo staletí.

Rané studie zahrnují Projektu Daedalus, provádí Britské Meziplanetární Společnosti v 1973-1978, a Projektem Longshot, studentský projekt podporovaný NASA a US Naval Academy, dokončena v roce 1988., Další poměrně detailní systém vozidla, „Discovery II“, který je určen a optimalizován pro osazeni Solární Systém, průzkum, na základě D3He reakce, ale s použitím vodíku jako reakční, byl popsán týmem z NASA Glenn Research Center. Dosahuje charakteristické rychlosti >300 km/s se zrychlením ~1.7•10-3 g, s lodí, počáteční hmotnost ~1700 tun a náklad frakce nad 10%., I když tyhle jsou ještě daleko požadavky pro mezihvězdné cestování na lidské časové plány, studie, se zdá být rozumným měřítkem k tomu, co může být přístupný během několika desetiletí, což je neskutečně mimo aktuální state-of-the-art. Na základě koncepce je 2.2% vyhoření frakce může dosáhnout pure fusion produktu výfuk rychlost ~3000 km/s.

Antihmoty rocketsEdit

antihmoty raketa bude mít daleko vyšší hustotu energie a specifický impuls než jiné navrhované třídy raketa. Pokud energetické zdroje a efektivní výrobní metody, aby se antihmota v požadovaném množství, a bezpečně ho skladovat, bylo by teoreticky možné dosáhnout rychlosti několik desítek procent světla., Zda antihmota pohonu by mohlo vést k vyšší rychlosti (>90% světla), při níž relativistické dilatace času by se stala výraznější, tím čas plyne pomaleji pro cestující, jak je vnímána vnějším pozorovatelem, je pochybné, vzhledem k velkému množství antihmoty, které by bylo zapotřebí.

spekuluje se, že výroba a skladování antihmoty by měly být proveditelné, je třeba zvážit další dvě otázky., Za prvé, v anihilace antihmoty, kolik energie se ztratí jako vysoce energetické gama záření, a to zejména také jako neutrina, tak, že pouze asi 40% mc2 by být ve skutečnosti k dispozici, pokud antihmoty byly prostě nechá zničit záření do tepelně. Přesto by energie dostupná pro pohon byla podstatně vyšší než ~1% výtěžku mc2 jaderné fúze, dalšího nejlepšího konkurenčního kandidáta.

za druhé, zdá se, že přenos tepla z výfuku do vozidla pravděpodobně přenáší obrovskou zbytečnou energii do lodi(např. pro zrychlení lodi 0.1 g, blížící se 0.,3 biliony wattů na tunu lodní hmoty), s ohledem na velkou část energie, která jde do pronikajících gama paprsků. I za předpokladu, že stínění byla poskytnuta k ochraně užitečného zatížení (a cestující na posádku vozidla), část energie nevyhnutelně tepla vozidla, a mohou tak dokázat, že limitujícím faktorem, pokud je to užitečné zrychlení má být dosaženo.,

v poslední době, Friedwardt Winterberg navrhuje, aby hmota-antihmota GeV gamma ray laser photon rocket je možné pomocí relativistické proton-antiprotonových špetka vypouštění, kde je zpětný ráz z laserového paprsku je přenášen pomocí Mössbauerova efektu do kosmické lodi.

Rakety s vnější energetickou sourceEdit

Rakety, které svou sílu z externího zdroje, jako je například laser, by mohli nahradit jejich vnitřní zdroj energie s energií kolektoru, případně snížení hmotnosti lodí výrazně a umožňuje mnohem vyšší cestovní rychlostí. Geoffrey A., Landis navrhl mezihvězdnou sondu s energií dodávanou externím laserem ze základnové stanice pohánějící iontový pohon.

Non-raketa conceptsEdit

problém s všechny tradiční raketové pohonné metody je, že kosmická loď bude muset nést své palivo, což je velmi masivní, v souladu s raketové rovnice. Několik pojmů, pokus o útěk z tohoto problému:

RF rezonanční dutiny thrusterEdit

rádiové frekvence (RF) rezonanční dutiny tryska je zařízení, které je prohlašoval, že je kosmická loď trysek., V roce 2016 laboratoř fyziky pokročilého pohonu v NASA oznámila pozorování malého zjevného tahu z jednoho takového testu, což je výsledek, který se od té doby neopakuje. Jeden z návrhů se nazývá EMDrive. V prosinci 2002, Satellite Propulsion Research Ltd popsané funkční prototyp s údajným celkový tah cca 0.02 newtonů poháněn 850 W dutině magnetronu. Přístroj mohl pracovat jen několik desítek sekund, než magnetron selhal kvůli přehřátí. Poslední test na EMDrive dospěl k závěru, že to nefunguje.,

Spirálový motoredit

navržený v roce 2019 vědcem NASA Dr. Davidem Burnsem, koncept spirálového motoru by použil urychlovač částic k urychlení částic v blízkosti rychlosti světla. Vzhledem k tomu, že částice cestující takovými rychlostmi získávají větší hmotnost, předpokládá se, že tato hmotnostní změna by mohla způsobit zrychlení. Podle Burnse by kosmická loď teoreticky mohla dosáhnout 99% rychlosti světla.

mezihvězdný ramjetsEdit

v roce 1960, Robert W., Bussardovy navrhl Bussardovy ramjet, fusion raketa, ve které obrovský sólokapr by sbírat difuzního vodíku v mezihvězdném prostoru, „spálit“ to na létat pomocí proton–proton řetězovou reakci, a vyhnat je ven na zadní straně. Pozdější výpočty s přesnějšími odhady naznačují, že generovaný tah by byl menší než tah způsobený jakýmkoli myslitelným designem lopatky. Ale myšlenka je to atraktivní, protože palivo by být shromažďovány na cestě (srovnatelné s pojmem energie sklizeň), takže řemeslo by teoreticky mohlo urychlit na rychlosti blízké rychlosti světla., Toto omezení je způsobeno tím, že reakce může jen urychlit paliva 0,12 c. Tak přetáhněte zachycení mezihvězdného prachu a tah zrychluje, že stejný prach 0,12 c bude stejné, když je rychlost 0.12 c, aby se zabránilo dalšímu zrychlení.

Trámové propulsionEdit

lehké plachty nebo magnetické plachty poháněn masivní laser nebo urychlovač částic v domácnosti hvězdičkový systém by mohl potenciálně dosáhnout ještě větší rychlosti, než raketa – nebo pulzní způsobů pohonu, protože to nebude muset nosit své vlastní reakce hmoty a proto by jen třeba urychlit řemeslo je náklad. Robert L. Forward navrhl prostředek pro zpomalení mezihvězdné světelné plachty 30 kilometrů v systému cílové hvězdy, aniž by bylo nutné, aby v tomto systému bylo přítomno laserové pole., V tomto schématu je do zadní části kosmické lodi nasazena sekundární plachta o délce 100 kilometrů, zatímco velká primární plachta je oddělena od plavidla, aby se sama pohybovala vpřed. Světlo se odráží od Velké primární plachty k sekundární plachtě, která se používá k zpomalení sekundární plachty a užitečného zatížení kosmické lodi. V roce 2002, Geoffrey A. Landis NASA Glen Research center také navrhl laser-poháněl, pohon, plachta lodi, která by host diamant plachta (několik nanometrů tlustý) pohon s využitím sluneční energie., S tímto návrhem by tato mezihvězdná loď teoreticky mohla dosáhnout rychlosti světla 10 procent. To také bylo navrhl použít trámové-napájení pohonu k urychlení kosmické lodi, a elektromagnetický pohon zpomalovat to; a tak, což eliminuje problém, že Bussardovy ramjet má s drag vyrobené během akcelerace.,

magnetické plachty by také mohla zpomalovat na místo určení, aniž by v závislosti na prováděné paliva nebo dálkové světlo v cílovém systému, o interakci s plazmatem našel ve slunečním větru cílové hvězdy a mezihvězdného média.

V následující tabulce jsou uvedeny některé příklady pojmů pomocí trámové laserový pohonný jak navrhuje fyzik Robert L. Forward:

Mezihvězdné cestování katalog k použití photogravitational asistence pro plné stopEdit

následující tabulka je založena na práci Heller, Hippke a Kervella.,

• po sobě jdoucí asistence v α Cen a A B by mohly umožnit cestovní časy na 75 yr oběma hvězdám.
• Lightsail má jmenovitý poměr hmotnosti k povrchu (σnom) 8,6×10-4 gram m−2 pro jmenovitou plachtu třídy grafenu.
• Oblast Lightsail, cca 105 m2 = (316 m)2
• Rychlost až 37,300 km s−1 (o 12,5% c)

Pre-zrychlené fuelEdit

Dosažení start-stop mezihvězdné cesty krát menší než lidský život, vyžadují hmoty-poměry mezi 1000 a 1,000,000, a to i pro hvězdy blíže. Toho by bylo možné dosáhnout vícestupňovými vozidly v obrovském měřítku., Alternativně velké lineární urychlovače by mohly pohánět palivo k štěpení poháněných kosmických vozidel, vyhnout se omezením raketové rovnice.

Teoretické conceptsEdit

Rychlejší-než-světlo travelEdit

Vědci a autoři předpokládali, počet způsobů, kterými je možné překonat rychlost světla, ale i ty seriózní jsou vysoce spekulativní.

je také diskutabilní, zda je rychlejší než lehké cestování fyzicky možné, částečně kvůli obavám z kauzality: cestování rychleji než světlo může za určitých podmínek umožnit cestování zpět v čase v rámci zvláštní relativity., Navrhované mechanismy pro rychlejší než lehké cestování v rámci teorie obecné relativity vyžadují existenci exotické hmoty a není známo, zda by to mohlo být vyrobeno v dostatečném množství.,

Alcubierreho driveEdit

Ve fyzice, Alcubierreho disk je založen na argumentu, že v rámci obecné teorie relativity a bez zavedení červí díry, které je možné upravit časoprostoru způsobem, který umožňuje lodi cestovat s libovolně velkou rychlost lokální expanze časoprostoru za loď a naopak snížení před ním. Tento koncept by však vyžadoval, aby kosmická loď začlenila oblast exotické hmoty nebo hypotetický koncept negativní hmotnosti.,

Umělé černé holeEdit

teoretický nápad umožnit mezihvězdné cestování je hnací lodi vytvořením umělé černé díry a pomocí parabolického reflektoru tak, aby odrážel její Hawkingovo záření. Ačkoli nad rámec současných technologických možností nabízí hvězdná loď black hole některé výhody ve srovnání s jinými možnými metodami. Získání černé díry působit jako zdroj energie a motoru také vyžaduje způsob, jak převést Hawking záření na energii a tah., Jeden potenciální způsob zahrnuje umístění otvoru v ohnisku parabolického reflektoru připojené k lodi, vytváří dopředný tah. Mírně jednodušší, ale méně efektivní metodou bude zahrnovat jednoduše absorbuje všechny gama záření směrem k přídi lodi tlačit kupředu, a nechat zbytek střílet dozadu.

WormholesEdit

červí Díry jsou hypotetická narušení časoprostoru, že teoretici postulát mohl připojit dva libovolné body ve vesmíru, přes Einstein–Rosenův Most. Není známo, zda jsou červí díry v praxi možné., Ačkoli existují řešení Einsteinovy rovnice obecné relativity, která umožňují červí díry, Všechna v současné době známá řešení zahrnují určitý předpoklad, například existenci negativní hmoty, která může být nefyzická. Nicméně, Cramer et al. tvrdí, že takové červí díry mohly být vytvořeny v raném vesmíru, stabilizované kosmickými řetězci. Obecná teorie červích děr je diskutována Visserem v knize Lorentzian Wormholes.