Das Sonnensystem war für Science-Fiction-Autoren seit langem nicht mehr von besonderem Interesse. Überraschenderweise verursachen unsere "Heimat" -Planeten für einige Wissenschaftler nicht viel Inspiration, obwohl sie noch nicht praktisch erforscht wurden.
Nachdem die Menschheit kaum ein Fenster in den Weltraum geschnitten hat, wird sie in unbekannte Entfernungen gerissen, und zwar nicht nur in Träumen wie zuvor.
Sergei Korolyov versprach auch, bald "mit einem Gewerkschaftsticket" ins All zu fliegen, aber dieser Satz ist bereits ein halbes Jahrhundert alt, und die Weltraum-Odyssee ist immer noch das Los der Elite - ein zu teures Vergnügen. Vor zwei Jahren startete HACA jedoch das ehrgeizige 100-jährige Raumschiff-Projekt, bei dem die wissenschaftliche und technische Grundlage für Raumflüge schrittweise und mehrjährig geschaffen wird.
Dieses beispiellose Programm sollte Wissenschaftler, Ingenieure und Enthusiasten aus der ganzen Welt anziehen. Wenn alles von Erfolg gekrönt ist, wird die Menschheit in 100 Jahren in der Lage sein, ein interstellares Schiff zu bauen, und wir werden uns wie in Straßenbahnen um das Sonnensystem bewegen.
Welche Probleme müssen also gelöst werden, damit das Sternenfliegen Realität wird?
ZEIT UND GESCHWINDIGKEIT SIND RELATIV
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Die Astronautik von automatischen Fahrzeugen scheint einigen Wissenschaftlern seltsamerweise ein fast gelöstes Problem zu sein. Und dies trotz der Tatsache, dass es absolut keinen Sinn macht, Maschinen mit den aktuellen Schneckengeschwindigkeiten (ca. 17 km / s) und anderen primitiven Geräten (für solche unbekannten Straßen) zu den Sternen zu bringen.
Jetzt haben die amerikanischen Raumschiffe Pioneer-10 und Voyager-1 das Sonnensystem verlassen und es besteht keine Verbindung mehr zu ihnen. Pioneer 10 ist auf dem Weg zum Stern Aldebaran. Wenn ihm nichts passiert, wird er in 2 Millionen Jahren die Nähe dieses Sterns erreichen. Auf die gleiche Weise kriechen andere Geräte über die Weiten des Universums.
Unabhängig davon, ob ein Schiff bewohnt ist oder nicht, benötigt es eine hohe Geschwindigkeit, die der Lichtgeschwindigkeit nahe kommt, um zu den Sternen zu fliegen. Dies wird jedoch dazu beitragen, das Problem zu lösen, nur zu den nächstgelegenen Sternen zu fliegen.
„Selbst wenn es uns gelingen würde, ein Sternenschiff zu bauen, das mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit fliegen könnte“, schrieb K. Feoktistov, „wird die Reisezeit allein in unserer Galaxie in Jahrtausenden und Dutzenden von Jahrtausenden gezählt, da ihr Durchmesser etwa 100.000 Licht beträgt Jahre alt. Aber in dieser Zeit wird noch viel mehr auf der Erde vergehen."
Nach der Relativitätstheorie ist der zeitliche Verlauf in zwei Systemen, die sich relativ zueinander bewegen, unterschiedlich. Da das Schiff in großen Entfernungen Zeit hat, eine Geschwindigkeit zu entwickeln, die der Lichtgeschwindigkeit sehr nahe kommt, ist der Zeitunterschied auf der Erde und auf dem Schiff besonders groß.
Es wird angenommen, dass das erste Ziel interstellarer Flüge Alpha Centauri (ein System von drei Sternen) sein wird - das uns am nächsten liegt. Sie können in 4,5 Jahren mit Lichtgeschwindigkeit dorthin fliegen, auf der Erde wird es in dieser Zeit zehn Jahre dauern. Aber je größer die Entfernung, desto größer der Zeitunterschied.
Erinnern Sie sich an den berühmten "Andromeda-Nebel" von Ivan Efremov? Dort wird der Flug in Jahren gemessen und irdisch. Ein schönes Märchen, Sie werden nichts sagen. Dieser begehrte Nebel (genauer gesagt die Andromeda-Galaxie) befindet sich jedoch in einer Entfernung von 2,5 Millionen Lichtjahren von uns.
Nach einigen Berechnungen wird die Reise für Astronauten mehr als 60 Jahre dauern (laut Raumschiffstunden), aber eine ganze Ära wird auf der Erde vergehen. Wie werden ihre entfernten Nachkommen den Raum "Neadertaler" treffen? Und wird die Erde überhaupt noch leben? Das heißt, die Rückkehr ist grundsätzlich bedeutungslos. Wie der Flug selbst: Wir müssen uns daran erinnern, dass wir die Andromeda-Nebelgalaxie so sehen, wie sie vor 2,5 Millionen Jahren war - solange ihr Licht zu uns wandert. Was bringt es, zu einem unbekannten Ziel zu fliegen, das es vielleicht schon lange nicht mehr gegeben hat, zumindest in seiner früheren Form und an der alten Stelle?
Dies bedeutet, dass auch Flüge mit Lichtgeschwindigkeit nur für relativ nahe Sterne gerechtfertigt sind. Fahrzeuge, die mit Lichtgeschwindigkeit fliegen, leben jedoch immer noch nur in der Theorie, die Science-Fiction ähnelt, jedoch wissenschaftlich.
PLANETENGRÖSSE SCHIFF
Zuallererst kamen die Wissenschaftler natürlich auf die Idee, die effektivste thermonukleare Reaktion im Schiffsmotor zu nutzen - wie bereits teilweise beherrscht (für militärische Zwecke). Um sich jedoch auch bei einem idealen Systemdesign mit einer Lichtgeschwindigkeit in beide Richtungen zu bewegen, ist ein Verhältnis der Anfangsmasse zur Endmasse von mindestens 10 zur dreißigsten Potenz erforderlich. Das heißt, das Raumschiff wird wie eine riesige Komposition mit Treibstoff von der Größe eines kleinen Planeten sein. Es ist unmöglich, einen solchen Koloss von der Erde ins All zu bringen. Und im Orbit zusammenzubauen - auch nicht ohne Grund diskutieren Wissenschaftler diese Option nicht.
Die Idee eines Photonenmotors nach dem Prinzip der Materienvernichtung ist sehr beliebt.
Vernichtung ist die Umwandlung eines Partikels und eines Antiteilchens, wenn sie kollidieren, in andere Partikel, die sich von den ursprünglichen Partikeln unterscheiden. Am besten untersucht wird die Vernichtung eines Elektrons und eines Positrons, die Photonen erzeugen, deren Energie das Raumschiff bewegen wird. Berechnungen der amerikanischen Physiker Ronan Keane und Wei-ming Zhang zeigen, dass mit modernen Technologien ein Vernichtungsmotor geschaffen werden kann, der ein Raumschiff auf 70% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann.
Es beginnen jedoch weitere Probleme. Leider ist die Verwendung von Antimaterie als Treibmittel nicht einfach. Während der Vernichtung treten starke Gammastrahlungsausbrüche auf, die für Astronauten tödlich sind. Darüber hinaus ist der Kontakt des Positronentreibstoffs mit dem Schiff mit einer tödlichen Explosion behaftet. Schließlich gibt es noch keine Technologien, um eine ausreichende Menge an Antimaterie und deren Langzeitspeicherung zu erhalten: Beispielsweise „lebt“ein Antiwasserstoffatom jetzt weniger als 20 Minuten, und die Herstellung eines Milligramms Positronen kostet 25 Millionen Dollar.
Nehmen wir jedoch an, dass diese Probleme im Laufe der Zeit gelöst werden können. Es wird jedoch noch viel Treibstoff benötigt, und die Startmasse des Photonenraumschiffs wird mit der Masse des Mondes vergleichbar sein (nach Konstantin Feoktistov).
BRECHEN SIE DAS SEGEL
Das beliebteste und realistischste Raumschiff gilt heute als Sonnensegelschiff, dessen Idee dem sowjetischen Wissenschaftler Friedrich Zander gehört.
Ein Sonnensegel (Licht, Photon) ist ein Gerät, das den Druck des Sonnenlichts oder eines Lasers auf einer Spiegeloberfläche nutzt, um ein Raumschiff anzutreiben.
1985 schlug der amerikanische Physiker Robert Forward einen Entwurf für eine interstellare Sonde vor, die durch die Energie der Mikrowellenstrahlung beschleunigt wird. Das Projekt sah vor, dass die Sonde in 21 Jahren die nächsten Sterne erreichen würde.
Auf dem XXXVI. Internationalen Astronomischen Kongress wurde ein Projekt eines Laser-Raumschiffs vorgeschlagen, dessen Bewegung durch die Energie optischer Laser im Orbit um Merkur bereitgestellt wird. Berechnungen zufolge würde der Weg eines Raumschiffs dieses Entwurfs zum Stern-Epsilon Eridani (10,8 Lichtjahre) und zurück 51 Jahre dauern.
„Es ist unwahrscheinlich, dass wir auf der Grundlage der Daten, die wir von Reisen in unserem Sonnensystem erhalten haben, signifikante Fortschritte beim Verständnis der Welt erzielen können, in der wir leben. Natürlich dreht sich der Gedanke zu den Sternen. Schließlich wurde früher verstanden, dass Flüge in der Nähe der Erde, Flüge zu anderen Planeten unseres Sonnensystems nicht das ultimative Ziel sind. Den Weg zu den Sternen zu ebnen schien die Hauptaufgabe zu sein."
Diese Worte gehören nicht einem Science-Fiction-Autor, sondern dem Designer von Raumschiffen und dem Kosmonauten Konstantin Feoktistov. Dem Wissenschaftler zufolge wird im Sonnensystem nichts besonders Neues gefunden. Und das trotz der Tatsache, dass die Person bisher nur den Mond erreicht hat …
Außerhalb des Sonnensystems nähert sich der Druck des Sonnenlichts jedoch Null. Daher gibt es ein Projekt, um ein Sonnensegelschiff mit Laserinstallationen eines Asteroiden zu zerstreuen.
All dies ist noch eine Theorie, aber die ersten Schritte werden bereits unternommen.
1993 wurde im Rahmen des Projekts Znamya-2 erstmals ein 20 Meter breites Sonnensegel auf dem russischen Schiff Progress M-15 eingesetzt. Als der Progress an die Mir-Station andockte, installierte seine Besatzung eine Reflektor-Einsatzeinheit an Bord von Progress. Infolgedessen erzeugte der Reflektor einen 5 km breiten Lichtfleck, der mit einer Geschwindigkeit von 8 km / s durch Europa nach Russland gelangte. Der Lichtpunkt hatte eine Leuchtkraft, die in etwa dem Vollmond entsprach.
Der Vorteil eines Sonnensegelboots ist also der Mangel an Treibstoff an Bord, die Nachteile sind die Verwundbarkeit der Segelstruktur: Tatsächlich handelt es sich um eine dünne Folie, die über den Rahmen gespannt ist. Wo ist die Garantie, dass das Segel unterwegs keine Löcher von kosmischen Partikeln erhält?
Die Segeloption eignet sich möglicherweise zum Starten von Robotersonden, Stationen und Frachtschiffen, ist jedoch nicht für bemannte Rückflüge geeignet. Es gibt andere Raumschiffprojekte, aber sie ähneln auf die eine oder andere Weise den oben aufgeführten (mit denselben großen Problemen).
ÜBERRASCHUNGEN IM INTERSTELLAREN RAUM
Es scheint, dass viele Überraschungen auf Reisende im Universum warten. Zum Beispiel begann das amerikanische Raumschiff Pioneer-10, das sich kaum aus dem Sonnensystem herauslehnte, eine Kraft unbekannten Ursprungs zu erfahren, was zu einer schwachen Verzögerung führte. Bis zu den noch unbekannten Auswirkungen der Trägheit oder sogar der Zeit wurden viele Annahmen getroffen. Es gibt immer noch keine eindeutige Erklärung für dieses Phänomen. Es werden verschiedene Hypothesen in Betracht gezogen: von einfachen technischen (z. B. der Reaktionskraft eines Gaslecks in der Vorrichtung) bis zur Einführung neuer physikalischer Gesetze.
Ein anderes Gerät, Voyadger-1, zeichnete einen Bereich mit einem starken Magnetfeld an der Grenze des Sonnensystems auf. Der Druck geladener Teilchen aus dem interstellaren Raum zwingt das von der Sonne erzeugte Feld dazu, dichter zu werden. Das Gerät hat auch registriert:
eine Zunahme der Anzahl energiereicher Elektronen (ungefähr 100-fach), die aus dem interstellaren Raum in das Sonnensystem eindringen;
ein starker Anstieg des Niveaus der galaktischen kosmischen Strahlung - hochenergetische geladene Teilchen interstellaren Ursprungs.
Und das ist nur ein Tropfen auf den heißen Stein! Was heute über den interstellaren Ozean bekannt ist, reicht jedoch aus, um die Möglichkeit des Surfens in der Weite des Universums in Frage zu stellen.
Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer. Überall sind Rückstände von Gas, Staub und Partikeln. Beim Versuch, sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit zu bewegen, wird jedes Atom, das mit dem Schiff kollidiert, wie ein Teilchen kosmischer Strahlen hoher Energie sein. Das Niveau der harten Strahlung während eines solchen Bombardements wird unzulässig zunehmen, selbst wenn zu den nächsten Sternen geflogen wird.
Und die mechanische Wirkung von Partikeln bei solchen Geschwindigkeiten ist wie bei explosiven Kugeln. Nach einigen Berechnungen wird jeder Zentimeter des Schildes des Raumschiffs kontinuierlich mit 12 Schuss pro Minute abgefeuert. Es ist klar, dass kein Bildschirm über mehrere Flugjahre einem solchen Aufprall standhalten kann. Oder es muss eine inakzeptable Dicke (Zehntausende und Hunderte von Metern) und Masse (Hunderttausende von Tonnen) haben.
Tatsächlich wird das Raumschiff dann hauptsächlich aus diesem Sieb und Treibstoff bestehen, die mehrere Millionen Tonnen benötigen werden. Aufgrund dieser Umstände sind Flüge mit solchen Geschwindigkeiten nicht möglich, zumal Sie unterwegs nicht nur auf Staub, sondern auch auf etwas Größeres stoßen oder in einem unbekannten Gravitationsfeld gefangen werden können. Und dann ist der Tod wieder unvermeidlich. Wenn es also möglich ist, das Raumschiff auf subluminale Geschwindigkeit zu beschleunigen, wird es sein endgültiges Ziel nicht erreichen - es werden zu viele Hindernisse auf seinem Weg sein. Interstellare Flüge können daher nur mit deutlich niedrigeren Geschwindigkeiten durchgeführt werden. Aber dann macht der Zeitfaktor diese Flüge bedeutungslos.
Es stellt sich heraus, dass es unmöglich ist, das Problem des Transports materieller Körper über galaktische Entfernungen mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit zu lösen. Es macht keinen Sinn, mit einer mechanischen Struktur durch Raum und Zeit zu platzen.
MOLE LOCH
Wissenschaftler, die versuchen, die unaufhaltsame Zeit zu überwinden, haben erfunden, wie man Löcher im Raum (und in der Zeit) „nagt“und sie „faltet“. Sie erfanden eine Vielzahl von Hyperraumsprüngen von einem Punkt im Raum zum anderen, wobei sie Zwischenbereiche umgingen. Jetzt haben sich Wissenschaftler den Science-Fiction-Autoren angeschlossen.
Die Physiker begannen im Universum nach extremen Materiezuständen und exotischen Schlupflöchern zu suchen, in denen man sich entgegen Einsteins Relativitätstheorie mit überluminaler Geschwindigkeit bewegen kann.
So entstand die Idee eines Wurmlochs. Dieses Loch bringt die beiden Teile des Universums zusammen wie ein Schnitt durch einen Tunnel, der zwei Städte verbindet, die durch einen hohen Berg getrennt sind. Wurmlöcher sind leider nur im absoluten Vakuum möglich. In unserem Universum sind diese Höhlen extrem instabil: Sie können einfach zusammenbrechen, bevor ein Raumschiff dort ankommt.
Mit dem vom Niederländer Hendrik Casimir entdeckten Effekt können jedoch stabile Wurmlöcher erzeugt werden. Es besteht in der gegenseitigen Anziehung, ungeladene Körper unter dem Einfluss von Quantenschwingungen im Vakuum zu leiten. Es stellt sich heraus, dass das Vakuum nicht vollständig leer ist, sondern Schwankungen im Gravitationsfeld unterliegt, in denen Partikel und mikroskopische Wurmlöcher spontan erscheinen und verschwinden.
Es bleibt nur eines der Löcher zu finden und es zu dehnen, wobei es zwischen zwei supraleitenden Kugeln platziert wird. Eine Mündung des Wurmlochs bleibt auf der Erde, während sich das andere Raumschiff mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zum Stern - dem Endobjekt - bewegt. Das heißt, das Raumschiff wird sozusagen einen Tunnel durchbohren. Wenn das Raumschiff sein Ziel erreicht, öffnet sich das Wurmloch für eine blitzschnelle interstellare Reise, deren Dauer in Minuten berechnet wird.
BUBBLE OF CURVATION
Ähnlich wie bei der Theorie der Wurmlöcher ist die Blasenkrümmung. 1994 führte der mexikanische Physiker Miguel Alcubierre Berechnungen nach Einsteins Gleichungen durch und fand die theoretische Möglichkeit einer Wellenverformung des räumlichen Kontinuums. In diesem Fall schrumpft der Raum vor dem Raumschiff und dehnt sich gleichzeitig dahinter aus. Das Raumschiff befindet sich sozusagen in einer Krümmungsblase, die sich mit unbegrenzter Geschwindigkeit bewegen kann. Das Genie der Idee ist, dass das Raumschiff in einer Krümmungsblase ruht und die Relativitätsgesetze nicht verletzt werden. In diesem Fall bewegt sich die Krümmungsblase selbst und verzerrt lokal die Raumzeit.
Trotz der Unfähigkeit, sich schneller als Licht zu bewegen, hindert nichts den Raum daran, sich schneller zu bewegen oder die Verformung der Raumzeit schneller auszubreiten als Licht, von dem angenommen wird, dass es unmittelbar nach dem Urknall während der Bildung des Universums stattgefunden hat.
Alle diese Ideen passen noch nicht in den Rahmen der modernen Wissenschaft, aber 2012 kündigten Vertreter der NASA die Vorbereitung eines experimentellen Tests der Theorie von Dr. Alcubierre an. Wer weiß, vielleicht wird Einsteins Relativitätstheorie eines Tages Teil einer neuen globalen Theorie. Schließlich ist der Erkenntnisprozess endlos. Dies bedeutet, dass wir eines Tages die Dornen zu den Sternen durchbrechen können.
Irina GROMOVA
