Interstellar rejse

Raketkoncepteredit

alle raketkoncepter er begrænset af raketligningen, der indstiller den karakteristiske hastighed, der er tilgængelig som en funktion af udstødningshastighed og masseforhold, forholdet mellem initial (M0, inklusive brændstof) og endelig (M1, brændstofudtømt) masse.

meget høj specifik effekt, forholdet mellem tryk og total køretøjsmasse, er påkrævet for at nå interstellare mål inden for tidsrammer fra under århundrede. En vis varmeoverførsel er uundgåelig, og en enorm varmebelastning skal håndteres tilstrækkeligt.,

for interstellære raketkoncepter af alle teknologier begrænser et vigtigt ingeniørproblem (sjældent eksplicit diskuteret) varmeoverførslen fra udstødningsstrømmen tilbage til køretøjet.

Ionmotordit

en type elektrisk fremdrift, rumfartøjer såsom daggry bruger en ionmotor. I en ionmotor bruges elektrisk kraft til at skabe ladede partikler af drivmidlet, normalt gas xenenon, og accelerere dem til ekstremt høje hastigheder., Udstødningshastigheden for konventionelle raketter er begrænset af den kemiske energi, der er lagret i brændstoffets molekylære bindinger, hvilket begrænser trykket til omkring 5 km/s. de producerer et højt tryk (omkring 10 N N), men de har en lav specifik impuls, og det begrænser deres tophastighed. I modsætning hertil har ionmotorer lav kraft, men tophastigheden er i princippet kun begrænset af den elektriske effekt, der er tilgængelig på rumfartøjet og på gasionerne, der accelereres. Udstødningshastigheden for de ladede partikler spænder fra 15 km/s til 35 km/s.,

Nuklear fission poweredEdit

Fission-electricEdit

Atomkraft-el-eller plasma-motorer, der opererer i lange perioder ved lave tryk og drevet af fissionsreaktorer, har potentiale til at nå hastigheder langt større end kemisk drevne køretøjer eller nuklear termisk raketter. Sådanne køretøjer har sandsynligvis potentialet til at drive solsystemudforskning med rimelige turtider inden for det nuværende århundrede. På grund af deres lave fremdrift ville de være begrænset til off-planet, deep-space operation., Elektrisk drevet rumfartøjsfremdrivning drevet af en bærbar strømkilde, siger en atomreaktor, der kun producerer små accelerationer, ville tage århundreder at nå for eksempel 15% af lysets hastighed, således uegnet til interstellar flyvning i løbet af en enkelt menneskelig levetid.

Fission-fragmentEdit

Fission-fragment raketter bruger nuklear fission til at skabe højhastighedsstråler af fissionsfragmenter, som udstødes med hastigheder på op til 12.000 km/s (7.500 mi / s). Med fission er energiudgangen cirka 0.,1% af reaktorbrændstoffets samlede masseenergi og begrænser den effektive udstødningshastighed til ca. 5% af lysets hastighed. For maksimal hastighed bør reaktionsmassen optimalt bestå af fissionsprodukter, “asken” af den primære energikilde, så ingen ekstra reaktionsmasse behøver at bookkept i masseforholdet.

Nuclear pulseEdit

baseret på arbejde i slutningen af 1950 ‘erne til begyndelsen af 1960’ erne har det været teknisk muligt at bygge rumskibe med kernepulsfremdrivningsmotorer, dvs.drevet af en række nukleare eksplosioner. Dette fremdriftssystem indeholder udsigten til meget høj specifik impuls (rumrejsens ækvivalent med brændstoføkonomi) og høj specifik effekt.projekt Orion – teammedlem Freeman Dyson foreslog i 1968 et interstellært rumfartøj ved hjælp af kernepulsfremdrivning, der brugte rene deuterium fusion-detonationer med en meget høj brændstofforbrændingsfraktion., Han beregnede en udstødningshastighed på 15,000 km/s og et 100,000-ton rumfartøj, der var i stand til at opnå en 20,000 km / s delta-v, der tillader en flyvetid til Alpha Centauri på 130 år. Senere undersøgelser viser, at den øverste cruise hastighed, der teoretisk kan opnås ved en Teller-Ulam termonuklear enhed drevet Orion starship, Forudsat Ingen brændstof er gemt til at bremse ned igen, er omkring 8% til 10% af lysets hastighed (0,08-0,1 c). En atomisk (fission) Orion kan opnå måske 3% -5% af lysets hastighed., En atom-puls drive rumskib drevet af fusion-antistof katalyseret nukleare puls fremdrivningsanlæg vil tilsvarende være i 10% rækkevidde og rene stof-antistof blanding raketter rent teoretisk ville være i stand til at opnå en hastighed på mellem 50% og 80% af lysets hastighed. I hvert tilfælde sparer brændstof til at bremse halvdele den maksimale hastighed. Konceptet med at bruge et magnetisk sejl til at decelerere rumfartøjet, når det nærmer sig dets destination, er blevet diskuteret som et alternativ til at bruge drivmiddel, dette ville gøre det muligt for skibet at rejse nær den maksimale teoretiske hastighed., Alternative designs, der anvender lignende principper, omfatter Project Longshot, Project Daedalus og Mini-mag Orion. Princippet om eksterne nukleare puls fremdrift til at maksimere overlevelsesmulighed magt har været udbredt blandt alvorlig koncepter for interstellar flyvning uden ekstern strømforsyning straalende og for meget høj ydeevne interplanetariske flyvning.,

I 1970’erne, at den Nukleare Puls Fremdrift konceptet yderligere blev forfinet af Projektet Daedalus ved brug af eksternt udløst inerti indespærring fusion, i dette tilfælde at producere fusion eksplosioner via komprimere fusion brændsel træpiller med høj-drevne elektronstråler. Siden da er lasere, ionstråler, neutrale partikelstråler og hyper-kinetiske projektiler blevet foreslået at producere nukleare impulser til fremdrivningsformål.,

en nuværende hindring for udviklingen af ethvert atomeksplosionsdrevet rumfartøj er traktaten om delvis Testforbud fra 1963, som inkluderer et forbud mod detonering af nukleare anordninger (endda ikke-våbenbaseret) i det ydre rum. Denne traktat vil derfor skulle genforhandles, selv om et projekt på omfanget af en interstellar mission ved hjælp af den nuværende forudsigelige teknologi sandsynligvis ville kræve internationalt samarbejde på mindst omfanget af Den Internationale Rumstation.,

et andet spørgsmål, der skal overvejes, ville være g-kræfter bibringes en hurtigt accelereret rumfartøj, last, og passagerer inde (se inerti negation).

nuklear fusion rocketsEdit

Fusion rocket starships, drevet af nukleare fusionsreaktioner, bør tænkes at være i stand til at nå hastigheder i størrelsesordenen 10% af lysets, baseret på energiovervejelser alene. I teorien kunne et stort antal faser skubbe et køretøj vilkårligt tæt på lysets hastighed. Disse ville” brænde ” sådanne lette elementbrændstoffer som deuterium, tritium, 3He, 11B og 7Li. fordi fusion giver omkring 0.,3-0.9% af massen af de nukleare brændstof som er frigivet energi, det er energisk mere gunstige end fission, som frigiver <0,1% af brændstoffets energi og masse. De maksimale udstødningshastigheder, der potentielt er energisk tilgængelige, er tilsvarende højere end for fission, typisk 4-10% af c. imidlertid frigiver de lettest opnåelige fusionsreaktioner en stor del af deres energi som neutroner med høj energi, som er en betydelig kilde til energitab., Selvom disse begreber ser ud til at tilbyde de bedste (nærmeste sigt) udsigter til rejser til de nærmeste stjerner inden for en (lang) menneskelig levetid, involverer de stadig massive teknologiske og tekniske vanskeligheder, som kan vise sig at være ufravigelige i årtier eller århundreder.

det Tidlige undersøgelser omfatter Projektet Daedalus, udført af den Britiske Interplanetariske Samfund i 1973-1978, og Projektet Longshot, en student-projektet er sponsoreret af NASA og US Naval Academy, der blev afsluttet i 1988., Et andet ret detaljeret køretøjssystem, “Discovery II”, designet og optimeret til bemandet solsystemudforskning, baseret på d3he-reaktionen, men ved hjælp af brint som reaktionsmasse, er blevet beskrevet af et team fra NASAs Glenn Research Center. Det opnår karakteristiske hastigheder i >300 km/s med en acceleration af ~1.7•10-3 g, med et skib oprindelige masse af ~1700 tons, og nyttelast brøkdel over 10%., Selvom disse stadig er langt under kravene til interstellar rejse på menneskelige tidsskalaer, undersøgelsen ser ud til at repræsentere et rimeligt benchmark mod, hvad der kan være tilgængeligt inden for flere årtier, hvilket ikke er umuligt ud over den nuværende state-of-the-art. Baseret på konceptets 2,2% udbrændingsfraktion kunne det opnå en ren fusionsproduktudstødningshastighed på ~3.000 km/s.

Antimatter rocketsEdit

en antimatterraket ville have en langt højere energitæthed og specifik impuls end nogen anden foreslået klasse af raket. Hvis energiressourcer og effektive produktionsmetoder viser sig at gøre antimaterie i de krævede mængder og opbevare det sikkert, ville det teoretisk være muligt at nå hastigheder på flere titusinder af procent af lyset., Om antistof fremdrift kunne føre til højere hastigheder (>90% af lyset), som relativistiske tidsudvidelse ville blive mere synlig, og dermed gøre tiden til at gå langsommere for de rejsende, som opfattet af en udenforstående iagttager, er tvivlsomt på grund af den store mængde antistof, der ville være nødvendige.

spekulerer i, at produktion og opbevaring af antimaterie skulle blive gennemførlig, to yderligere spørgsmål skal overvejes., For det første ved udslettelse af antimatter går meget af energien tabt som højenergi gammastråling, og især også som neutrinoer, så kun omkring 40% af mc2 faktisk ville være tilgængelig, hvis antimatteren simpelthen fik lov til at udslette til stråling termisk. Alligevel ville den tilgængelige energi til fremdrift være væsentligt højere end ~1% af mc2-udbyttet af nuklear fusion, den næstbedste rivaliserende kandidat.

for det andet synes varmeoverførsel fra udstødningen til køretøjet sandsynligvis at overføre enorm spildt energi til skibet (f.eks. til 0.1 g skibs acceleration, nærmer sig 0.,3 billioner trilatt pr. ton skibsmasse), i betragtning af den store del af energien, der går ind i gennemtrængende gammastråler. Selv hvis man antager, at afskærmningen blev tilvejebragt for at beskytte nyttelasten (og passagerer på et bemandet køretøj), ville noget af energien uundgåeligt opvarme køretøjet og kan derved vise sig at være en begrænsende faktor, hvis der skal opnås nyttige accelerationer.,

Mere for nylig, Friedwardt Winterberg foreslået, at et stof-antistof GeV gamma ray laser foton raket er muligt ved en relativistisk proton-antiproton-knib udledning, hvor de viger tilbage fra laser-stråle transmitteres af Mössbauer effekten til rumfartøjer.

raketter med en ekstern energikildeedit

raketter, der henter deres kraft fra eksterne kilder, såsom en laser, kan erstatte deres interne energikilde med en energiopsamler, hvilket potentielt reducerer skibets masse kraftigt og tillader meget højere kørehastigheder. Geoffrey A., Landis har foreslået en interstellar sonde, med energi leveret af en ekstern laser fra en basestation, der driver en Ionpropper.

ikke-raketkoncepteredit

et problem med alle traditionelle raketfremdrivningsmetoder er, at rumfartøjet skulle bære sit brændstof med sig, hvilket gør det meget massivt i overensstemmelse med raketligningen. Flere begreber forsøger at flygte fra dette problem:

RF resonant cavity thrusterEdit

en radiofrekvens (RF) resonant cavity thruster er en enhed, der hævdes at være et rumfartøj thruster., I 2016 rapporterede Advanced Propulsion Physics Laboratory ved NASA at observere et lille tilsyneladende tryk fra en sådan test, et resultat, der ikke siden blev gentaget. Et af designene hedder EMDrive. I December 2002 beskrev Satellite Propulsion Research Ltd en fungerende prototype med et påstået samlet tryk på omkring 0,02 ne .ton drevet af en 850 cavity hulmagnetron. Enheden kunne kun fungere i et par dusin sekunder, før magnetronen mislykkedes på grund af overophedning. Den seneste test på EMDrive konkluderede, at den ikke fungerer.,

Spiralmotoredit

foreslået i 2019 af NASA-forsker Dr. David Burns, ville spiralmotorkonceptet bruge en partikelaccelerator til at accelerere partikler til nær lysets hastighed. Da partikler, der rejser med sådanne hastigheder, får mere masse, antages det, at denne masseændring kan skabe acceleration. Ifølge Burns kunne rumfartøjet teoretisk nå 99% lysets hastighed.

Interstellar ramjetsEdit

i 1960, Robert Robert., Bussard foreslog Bussard ramjet, en fusionsraket, hvor en enorm scoop ville samle det diffuse brint i det interstellare rum, “brænde” det på farten ved hjælp af en proton–protonkædereaktion og udvise den ud af ryggen. Senere beregninger med mere præcise skøn tyder på, at stak genereret ville være mindre end træk forårsaget af enhver tænkelig scoop design. Alligevel er ideen attraktiv, fordi brændstoffet ville blive indsamlet undervejs (svarende til begrebet energihøst), så håndværket teoretisk kunne accelerere til nær lysets hastighed., Den begrænsning er på grund af det faktum, at reaktionen kan kun accelerere drivmiddel til 0.12 c. Således træk af fangst af interstellart støv og kraft til at accelerere, at samme støv til 0.12 c ville være den samme, når hastigheden er 0.12 c, forhindre yderligere acceleration.

Strålede propulsionEdit

Et let sejl eller magnetiske sejle drevet af en massiv laser eller partikel-accelerator i hjemmet stjerne-system vil kunne nå ud til endnu højere hastigheder, end raket – eller puls fremdrift metoder, fordi det ikke behøver at bære sin egen reaktion masse, og derfor kun har behov for at fremskynde håndværk er nyttelast. Robert L. Frem foreslået et middel til deceleration en interstellar lys sejle på 30 kilometer i destination-stjerne-system, uden at det kræver en laser array til at være til stede i det pågældende system., I denne ordning indsættes et sekundært sejl på 100 kilometer bag på rumfartøjet, mens det store primære sejl løsnes fra fartøjet for at fortsætte fremad på egen hånd. Lys reflekteres fra det store primære sejl til det sekundære sejl, som bruges til at decelerere det sekundære sejl og rumfartøjets nyttelast. I 2002 foreslog Geoffrey A. Landis fra NASAs Glen Research center også et laserdrevet fremdrifts-sejlskib, der ville være vært for et diamantsejl (af et par nanometer tykt) drevet med brug af solenergi., Med dette forslag ville dette interstellære skib teoretisk kunne nå 10 procent lysets hastighed. Det er også blevet foreslået at bruge stråledrevet fremdrift til at accelerere et rumfartøj og elektromagnetisk fremdrift for at decelerere det; således eliminerer det problem, som Bussard ramjet har med træk produceret under acceleration.,

et magnetisk sejl kunne også decelerere ved dets destination uden at afhænge af transporteret brændstof eller et fjernlys i destinationssystemet ved at interagere med plasmaet, der findes i destinationsstjernens solvind og det interstellare medium.

Den følgende tabel viser nogle eksempler på begreber ved hjælp af strålede laser fremdrift som foreslået af fysikeren Robert L. Fremad:

Interstellare rejse katalog til brug photogravitational hjælper for en fuld stopEdit

Den følgende tabel er baseret på arbejde ved Heller, Hippke og Kervella.,

• Successive assister ved Cen Cen A og B kan tillade rejsetider til 75 år til begge stjerner.
• Lightsail har en nominel masse-til-overflade-forhold (surfacenom) på 8,6 10 10-4 gram m−2 for en nominel graphene-klasse sejl.
• Område af den Lightsail, om 105 m2 = (316 m)2
• Hastighed op til 37,300 km s−1 (12.5% c)

Pre-accelereret fuelEdit

at Opnå en start-stop interstellare tur gange mindre end et menneske livet kræver, at masse-nøgletal for mellem 1.000 og 1.000.000, selv for nærmere stjerner. Dette kunne opnås ved hjælp af multi-iscenesatte køretøjer i stor skala., Alternativt kan store lineære acceleratorer drive brændstof til fissionsdrevne rumkøretøjer og undgå begrænsningerne i Raketligningen.

Teoretisk conceptsEdit

Hurtigere-end-lys-travelEdit

Forskere og forfattere har postuleret en række måder, hvorpå det kan være muligt at overgå lysets hastighed, men selv den mest seriøse af disse er yderst spekulativ.

det kan også diskuteres, om hurtigere rejse end lys er fysisk muligt, delvis på grund af årsagsproblemer: rejse hurtigere end lys kan under visse betingelser tillade rejse baglæns i tiden inden for rammerne af særlig relativitet., Foreslåede mekanismer til hurtigere end lys rejse inden for teorien om generel relativitet kræver eksistensen af eksotisk stof, og det vides ikke, om dette kunne produceres i tilstrækkelig mængde.,

Warp driveEdit

I fysik, Warp drive er baseret på et argument om, inden for rammerne af den generelle relativitetsteori, og uden indførelse af ormehuller, at det er muligt at ændre rumtid på en måde, der giver et rumskib for at rejse med et vilkårligt stort hastighed af en lokal udvidelse af rumtiden bag rumskib og en modsat nedgang i front af det. Ikke desto mindre ville dette koncept kræve, at rumskibet inkorporerer en region med eksotisk stof eller hypotetisk begreb om negativ masse.,

Kunstige sort holeEdit

En teoretisk idé til aktivering af interstellare rejse er ved at fremdrive en starship ved at skabe en kunstig sort hul, og ved hjælp af en parabolsk reflektor til at afspejle sin Hawking-stråling. Selvom ud over de nuværende teknologiske muligheder, et sort hul starship tilbyder nogle fordele sammenlignet med andre mulige metoder. At få det sorte hul til at fungere som en strømkilde og motor kræver også en måde at konvertere Ha .king-strålingen til energi og kraft., En potentiel metode indebærer at placere hullet ved brændpunktet for en parabolsk reflektor fastgjort til skibet, hvilket skaber fremadgående tryk. En lidt lettere, men mindre effektiv metode ville indebære blot at absorbere al gammastråling på vej mod skibets forside for at skubbe den frem og lade resten skyde ud bagpå.

Wormormholesedit

Wormormholes er formodede forvrængninger i rumtiden, som teoretikere postulerer kunne forbinde to vilkårlige punkter i universet på tværs af en Einstein–Rosen-bro. Det vides ikke, om ormehuller er mulige i praksis., Selvom der er løsninger på Einstein-ligningen af generel relativitet, der giver mulighed for ormehuller, involverer alle de aktuelt kendte løsninger en vis antagelse, for eksempel eksistensen af negativ masse, som kan være ufysisk. Cramer et al. argumentere for, at sådanne ormehuller kunne være blevet skabt i det tidlige univers, stabiliseret af kosmiske strenge. Den generelle teori om ormehuller diskuteres af Visser i bogen Lorent .ian Wormormholes.