Interstellare reiser

Rakett conceptsEdit

Alle rakett konsepter er begrenset av rakett-ligningen, som setter karakteristisk hastighet tilgjengelig som en funksjon av eksos hastighet og masse-forhold, forholdet mellom første (M0, inkludert drivstoff) til endelig (M1, drivstoff utarmet) masse.

Meget høy spesifikk makt, forholdet mellom fremstøt for sum kjøretøy masse, er nødvendig for å nå interstellar mål innen sub-tallet tid-rammer. Noen varmeoverføring er uunngåelig og en enorm oppvarming laste må være tilstrekkelig håndtert.,

Derfor, for interstellar rakett konsepter av alle teknologier, en nøkkel engineering problem (sjelden diskuteres) er begrenset til å overføre varme fra eksos strømmen tilbake i bilen.

Ion engineEdit

En type elektrisk fremdrift, romskip som Dawn bruke en ion engine. I en ion-motor, elektrisk kraft brukes til å lage ladede partikler av drivstoff, vanligvis gass-xenon, og akselerere dem til svært høy fart., Eksos hastighet på konvensjonelle raketter er begrenset av den kjemiske energien lagret i drivstoff er molekylær obligasjoner, noe som begrenser den stakk til ca 5 km/s. De produserer en høy skyvekraft (om 10⁶ N), men de har en lav spesifikk impuls, og det begrenser deres topp hastighet. I motsetning ion-motorene har lav styrke, men den toppfart i prinsippet er begrenset bare av elektrisk kraft tilgjengelig på romskipet og på gass ioner blir akselerert. Eksos hastighet av ladede partikler varierer fra 15 km/s til 35 km/s.,

fisjon poweredEdit

Fisjon-electricEdit

Atomvåpen-elektrisk-eller plasma-motorer i drift i lange perioder ved lav gass og drevet av fisjon reaktorer, har potensial til å nå hastigheter mye større enn kjemisk drevet kjøretøy eller kjernefysiske-termisk raketter. Slike kjøretøy sannsynligvis har potensial til makten solar system exploration med rimelig tur ganger i løpet av inneværende århundre. På grunn av sin lave-thrust fremdrift, ville de være begrenset til av-planet, dype verdensrommet drift., Elektrisk drevet romfartøy fremdrift drevet av en bærbar strøm-kilde, sier en kjernefysisk reaktor, produsere kun små akselerasjoner, ville ta århundrer for å nå frem til for eksempel 15% av hastigheten til lys, og dermed uegnet for interstellar fly i løpet av et enkelt menneske livet.

Fisjon-fragmentEdit

Fisjon-fragment raketter bruk fisjon for å skape høy-hastighet jets av fisjon fragmenter, som er kastet ut ved hastigheter på opptil 12 000 km/s (7500 i mi/s). Med fisjon, energi-produksjonen er ca 0.,1% av den totale masse energi av reaktoren drivstoff og begrenser den effektive eksos hastigheten til ca 5% av hastigheten til lys. For maksimal hastighet, reaksjon masse bør optimalt består av fisjon produkter, «aske» av den primære energikilden, så ingen ekstra reaksjon massen må være bookkept i massen forhold.

Kjernefysiske pulseEdit

Basert på arbeidet i slutten av 1950-tallet til tidlig på 1960-tallet, har det vært teknisk mulig å bygge romskip med kjernefysiske puls fremdrift motorer, dvs. drevet av en serie av kjernefysiske eksplosjoner. Dette fremdriftssystem inneholder utsiktene til svært høy spesifikk impuls (romfarten er tilsvarende drivstofføkonomi) og høy bestemt kraft.

Prosjekt Orion team medlem Freeman Dyson foreslått i 1968 en interstellare romskip ved hjelp av kjernefysiske puls fremdrift som brukes ren deuterium fusion detonations med et svært høyt drivstoff-burnup brøkdel., Han rekna ut eksos hastighet på 15.000 km/s og en 100 000 tonn plass kjøretøy i stand til å oppnå en 20 000 km/s delta-v slik at en fly-tid til Alpha Centauri av 130 år. Nyere studier tyder på at toppen cruise hastighet som teoretisk kan oppnås ved en Teller-Ulam-termonukleære enhet drevet Orion starship, forutsatt at ikke drivstoffet er lagret for å bremse ned, er ca 8% til 10% av lysets hastighet (0.08-0.1 c). Et atom (fisjon) Orion kan oppnå kanskje 3%-5% av lysets hastighet., En kjernefysisk puls drive starship drevet av fusion-antimaterie catalyzed kjernefysiske puls fremdrift enheter vil være på samme måte i de 10% utvalg og ren materie-antimaterie utslettelse raketter ville være i teorien er i stand til å oppnå en hastighet mellom 50% til 80% av lysets hastighet. I hvert enkelt tilfelle å spare drivstoff for å bremse ned halvdelene av den maksimale hastigheten. Konseptet med å bruke et magnetisk seil å bremse romskipet som det nærmer seg målet har vært diskutert som et alternativ til å bruke drivstoff, dette ville gjøre det mulig for skipet å reise i nærheten maksimal teoretisk hastighet., Alternative design utnytte lignende prinsipper inkluderer Prosjekt Longshot, Prosjekt Daedalus, og Mini-Mag Orion. Prinsippet om eksterne kjernefysiske puls fremdrift for å maksimere survivable makt har vært vanlig blant alvorlige konsepter for interstellar fly uten ekstern strøm strålte og for svært høy ytelse interplanetarisk fly.,

På 1970-tallet Kjernefysiske Puls Fremdrift konseptet videre ble videreutviklet av Prosjektet Daedalus ved bruk av eksternt utløst treghet i fangenskap fusion, i dette tilfellet å produsere fusion eksplosjoner via komprimere fusion drivstoff pellets med høy drevet electron bjelker. Siden da, lasere, ion-bjelker, nøytral partikkel bjelker og hyper-kinetisk prosjektiler har blitt foreslått å produsere kjernefysiske pulser for fremdrift formål.,

En gjeldende hinder for utvikling av alle atomvåpen-eksplosjon-drevet romfartøy er 1963 Delvise prøvestansavtalen, som inkluderer et forbud mot detonasjon av alle kjernefysiske enheter (også ikke-våpen basert) i verdensrommet. Denne traktaten vil, derfor, må være gjenstand for forhandling, selv om et prosjekt på omfanget av en interstellar oppgave å bruke tiden overskuelig teknologi ville trolig kreve internasjonalt samarbeid på minst omfanget av den Internasjonale romstasjonen.,

en Annen ting å bli vurdert, ville være g-krefter som du har kjøpt til et raskt akselerert romskip, last og passasjerer på innsiden (se Treghet negasjon).

Kjernefysisk fusjon rocketsEdit

Fusion rakett romskip, drevet av kjernefysisk fusjon reaksjoner, bør tenkes å være i stand til å nå hastigheter i størrelsesorden 10% av lysets, basert på energi betraktninger alene. I teorien, et stort antall stadier kunne presse en bil vilkårlig nær lysets hastighet. Disse vil «brenne» slikt lys element brensel som deuterium, tritium, 3He, 11B, og 7Li. Fordi fusion gir om 0.,3-0.9% av massen av brensel som frigjøres energi, det er energisk mer gunstig enn fisjon, noe som frigjør <0,1% av drivstoff er masse energi. Maksimal eksos fart potensielt energisk tilgjengelig er tilsvarende høyere enn for fisjon, vanligvis 4-10% av c. Imidlertid, den mest lett oppnåelig fusjon reaksjoner slippe en stor del av sin energi som høy-energi nøytroner, som er en betydelig kilde til energi tap., Derfor, selv om disse begrepene synes å tilby den beste (og nærmeste sikt) utsiktene for reise til nærmeste stjerner i en (lang) menneskelige levetid, har de fortsatt innebære enorme teknologiske og engineering problemer, som kan vise seg å være problematiske i flere tiår eller århundrer.

Tidlige studier omfatter Prosjektet Daedalus, utført av den Britiske Interplanetarisk Samfunnet i 1973-1978, og Prosjektet Longshot, en student prosjekt sponset av NASA og US Naval Academy, ferdig i 1988., En annen ganske detaljert kjøretøy system, «Discovery II», som er designet og optimalisert for mannskap Solar System exploration, basert på D3He reaksjon, men ved hjelp av hydrogen som reaksjon masse, har blitt beskrevet av et team fra NASA Glenn forskningssenter. Det oppnår karakteristiske fart av >300 km/s med en akselerasjon av ~1.7•10-3 g, med et skip første massen av ~1700 tonn, og nyttelast brøkdel over 10%., Selv om dette er fortsatt langt under det som trengs for interstellare reiser på menneskelig tidsperioder, studere synes å representere en rimelig benchmark mot hva som kan være approachable i flere tiår, noe som ikke er helt ufattelig utover dagens state-of-the-art. Basert på konseptet er 2.2% burnup brøkdel det kunne oppnå en ren fusion produktet eksos hastighet på ~3 000 km/s.

Antimaterie rocketsEdit

En antimaterie rakett ville ha en langt høyere energitetthet og spesifikk impuls enn noen andre forslag klasse av rakett. Om energi og effektiv produksjon metoder finnes for å gjøre antimaterie i mengder som kreves, og oppbevar den på en sikker måte, vil det være teoretisk mulig å oppnå hastigheter på flere titalls prosent av lys., Om antimaterie fremdrift kan føre til høyere hastighet (>90% av lyset) som relativistiske tid utvidelse ville bli mer merkbar, og dermed gjør tiden går på en lavere pris for reisende som oppfattes av en utenforstående observatør, er tvilsom på grunn av den store mengden av antimaterie som ville være nødvendig.

Spekulere at produksjon og lagring av antimaterie skal bli mulig, ytterligere to problemstillinger som må vurderes., For det første, i utslettelse av antimaterie, mye av energien går tapt som høy-energi gamma-stråling, og spesielt også som neutrinos, slik at bare ca 40% av mc2 ville faktisk være tilgjengelig hvis antimaterie var bare lov å tilintetgjøre i termisk stråling. Selv så, energi tilgjengelig for fremdrift ville bli vesentlig høyere enn ~1% av mc2 utbytte av kjernefysisk fusjon er den neste beste rival kandidat.

Andre, til å overføre varme fra eksos til bilen synes egnet til å overføre enorme bortkastet energi i skipet (f.eks. for 0,1 g skipet akselerasjon, nærmer seg 0.,3 billioner watt per tonn skip masse), med tanke på den store brøkdel av energien som går inn i å trenge gamma-stråler. Selv om en antar skjerming ble gitt for å beskytte nyttelast (og passasjerer på et mannskap kjøretøy), noen av energi ville uunngåelig varme bilen, og kan dermed vise seg å være en begrensende faktor hvis nyttig akselerasjoner er å være oppnådd.,

Mer nylig, Friedwardt Winterberg foreslått som en materie-antimaterie GeV gamma ray laser foton rakett er mulig ved en relativistiske proton-antiproton klype utslipp, der rekyl fra laserstrålen er overført av Mössbauer effekt til romskipet.

Raketter med en ekstern energi sourceEdit

Raketter som utleder sin kraft fra eksterne kilder, for eksempel en laser, kan erstatte deres indre energi-kilde med en energi-samleren, potensielt redusere massen av skipet sterkt og gir mye høyere kjørehastigheter. Geoffrey A., Landis har foreslått en interstellar probe, med energi som leveres av en ekstern laser fra en base station slår en Ion pådriver.

Ikke-rakett conceptsEdit

Et problem med alle tradisjonelle rakett fremdrift metoder er at sonden ville trenge for å utføre sine drivstoff med det, og dermed gjør det svært massive, i samsvar med rakett ligningen. Flere konsepter forsøk på å flykte fra dette problemet:

RF-resonant hulrom thrusterEdit

En radio frekvens (RF) resonant hulrom pådriver er en enhet som hevdes å være et romskip pådriver., I 2016, Avansert Fremdrift Fysikk Laboratorium på rapporterte NASA observere en liten tilsynelatende stakk fra en slik test, et resultat ikke siden replikert. Et av designene er kalt EMDrive. I desember 2002, Satellitt-Fremdrift Research Ltd beskrevet en fungerende prototype med en påstått totalt stakk av om 0.02 newtons drevet av et 850 W hulrom magnetron. Enheten kan operere for bare et par dusin sekunder før magnetron mislyktes, på grunn av overoppheting. Det siste test på EMDrive konkluderte med at det ikke fungerer.,

Spiralformet engineEdit

Foreslått i 2019 av NASA forsker Dr. David Burns, den spiralformede motor konseptet ville bruke en partikkel-akselerator for å akselerere partikler til nær lysets hastighet. Siden partikler som reiser på slike hastigheter skaffe mer masse, er det antatt at denne massen endring kunne skape akselerasjon. Ifølge Burns, romskipet kan teoretisk komme 99% lysets hastighet.

Interstellar ramjetsEdit

I 1960, Robert W., Bussard foreslo Bussard ramjet, en fusjon rakett som et stort scoop ville samle den diffuse hydrogen i det interstellare rom, «brenne» det på fly ved hjelp av en proton–proton-kjeden reaksjon, og drive det ut av ryggen. Senere beregninger med mer nøyaktige anslag tyder på at det stakk som genereres vil være mindre enn de dra forårsaket av enhver tenkelig scoop design. Men ideen er attraktiv fordi den drivstoff ville bli samlet inn underveis (i samsvar med begrepet energiutnyttelse), så håndverket kan teoretisk sett akselerere til i nærheten av lysets hastighet., Begrensningen er på grunn av det faktum at reaksjonen kan bare akselerere drivstoff til 0.12 c. Dermed dra for å fange interstellare støvet og stakk av akselererende det samme støv til 0.12 c ville være den samme når hastigheten er 0.12 c, hindre ytterligere akselerasjon.

Strålte propulsionEdit

En lett seil eller magnetiske seile drevet av en massiv laser eller partikkel-akselerator i hjemmet stjerners systemet kan potensielt nå ut til enda større hastigheter enn rakett – eller puls fremdrift metoder, fordi det ikke var behov for å gjennomføre sin egen reaksjon masse og derfor ville bare trenger å akselerere for håndverket nyttelasten. Robert L. Frem foreslått et middel for bremsing en interstellar lett seil på 30 kilometer i destinasjon-stjerners system uten å kreve en laser array å være tilstede i systemet., I denne ordningen, en sekundær seile på 100 kilometer er utplassert på baksiden av romskipet, mens store primære seil er løsrevet fra craft å bevege seg fremover på sin egen. Lyset reflekteres fra store primære seile til den sekundære seil, som brukes til å bremse den sekundære seil og romfartøyer nyttelast. I 2002, Geoffrey A. Landis av NASA Glenn forskningssenter også foreslått en laser-drevet, fremdrift, seil skipet som ville vert en diamant seil (av noen få nanometer tykk) drevet med bruk av solenergi., Med dette forslaget, dette interstellar skipet vil, i teorien, være i stand til å nå 10 prosent av lysets hastighet. Det har også vært foreslått å bruke strålte-drevet fremdrift for å akselerere et romskip, og elektromagnetisk fremdrift for å bremse den, og dermed eliminere problemet at Bussard ramjet har med dra produsert under akselerasjon.,

En magnetisk seil kan også avta på sitt reisemål uten å være avhengig av gjennomført drivstoff eller en drivende bredde i det nye systemet, ved å samhandle med plasma funnet i solvinden av reisemål stjerne og det interstellare medium.

Den følgende tabellen viser noen eksempler på begreper ved hjelp av strålte laser fremdrift som foreslått av fysikeren Robert L. Fremover:

Interstellare reiser katalogen til å bruke photogravitational hjelper for en full stopEdit

tabellen nedenfor er basert på arbeid ved Heller, Hippke og Kervella.,

• Påfølgende bistår ved α Cen A og B kan føre til at reisetiden til 75 år både stjerner.
• Lightsail har en nominell masse-til-overflate-forhold (σnom) av 8.6×10-4 g m−2 for en nominell grafén-klassen seile.
• – Området i Lightsail, ca 105 m2 = (316 m)2
• Hastighet opp til 37,300 km s−1 (12.5% c)

Pre-akselerert fuelEdit

å Oppnå start-stopp-interstellar tur ganger på mindre enn en menneskelig levetid krever masse-kjernekapitaldekning på mellom 1 000 og 1 000 000, selv for nærmere stjernene. Dette kan oppnås ved hjelp av multi-iscenesatt kjøretøy på en stor skala., Alternativt store lineære hurtigvalg kunne drive drivstoff til fisjon drevet plass-biler, unngå begrensningene i Rakett-ligningen.

Teoretiske conceptsEdit

Raskere enn lyset travelEdit

Forskere og forfattere har hevdet en rekke måter som det kan være mulig å overgå lysets hastighet, men selv de mest alvorlig-minded av disse er svært spekulativt.

Det er også diskuteres om raskere enn lyset reise er fysisk mulig, delvis på grunn av kausalitet bekymringer: reise raskere enn lyset kan, under visse betingelser, tillate å reise bakover i tid, innenfor rammen av spesielle relativitetsteorien., Foreslåtte mekanismer for raskere enn lyset reise innenfor teorien om generell relativitetsteori krever eksistensen av eksotiske saken, og det er ikke kjent om dette kan være produsert i tilstrekkelig mengde.,

Alcubierre driveEdit

I fysikk, de Alcubierre stasjonen er basert på et argument, innenfor rammen av generell relativitetsteori og uten innføring av ormehull, at det er mulig å endre rom og tid på en måte som gjør at et romskip til å reise med en vilkårlig stor hastighet av en lokal utvidelse av romtid bak romskip, og en motsatt sammentrekning i front av det. Likevel, dette konseptet vil kreve romskip til å innlemme en region av eksotiske saken, eller hypotetisk begrep om negativ masse.,

Kunstig svart holeEdit

En teoretisk idé for å aktivere interstellare reiser er av drivende et romskip ved å lage en kunstig sorte hullet, og ved hjelp av en parabolsk reflektor for å reflektere sin Hawking-stråling. Selv om utover dagens teknologiske muligheter, et svart hull starship har noen fordeler i forhold til andre mulige metoder. Å få det sorte hullet til å fungere som en strømkilde og motor krever også en måte å konvertere Hawking stråling til energi og stakk., En mulig metode innebærer å plassere hull i det sentrale punktet i en parabolsk reflektor knyttet til skip, lage forover. En litt enklere, men mindre effektiv metode ville innebære rett og slett å absorbere alle gamma-stråling på vei mot forgrunnen av skipet for å skyve den utover, og la resten skyte ut av baksiden.

WormholesEdit

Ormehull er conjectural skjevheter i romtid som teoretikere postulat kunne koble to vilkårlige punkter i universet, i en Einstein–Rosen-Broen. Det er ikke kjent om ormehull er mulig i praksis., Selv om det finnes løsninger for å Einsteins ligning av generell relativitetsteori som gir et ormehull, alle de kjente løsninger innebære noen forutsetning, for eksempel eksistensen av negativ masse, som kan være unphysical. Imidlertid, Cramer et al. hevde at en slik ormehull kan ha blitt skapt i de tidlige universet, stabilisert av kosmisk strenger. Den generelle teorien om ormehull er diskutert av Visser i boken Lorentzian Ormehull.