وفي 12 أبريل 2016، أعلن عالم الفيزياء البريطاني الشهير ستيفن هوكينج ورجل الأعمال والمحسن الروسي يوري ميلنر عن تخصيص 100 مليون دولار لتمويل المشروع. اختراق ستارشوت. كان الهدف من المشروع هو تطوير تقنيات لإنشاء مركبة فضائية قادرة على القيام برحلة بين النجوم إلى Alpha Centauri.

تصف الآلاف من روايات الخيال العلمي سفن الفوتون العملاقة بحجم مدينة صغيرة (أو كبيرة) تنطلق في رحلة بين النجوم من مدار كوكبنا (في كثير من الأحيان من سطح الأرض). ولكن، وفقا لمؤلفي المشروع، اختراق ستارشوتكل شيء سيحدث بشكل مختلف تمامًا: في يوم مهم واحد من ألفي عام، لن يتم إطلاق واحدة أو اثنتين، ولكن مئات وآلاف السفن الفضائية الصغيرة بحجم ظفر ووزن 1 جرام إلى أحد أقرب النجوم، Alpha Centauri. وسيكون لكل منهم شراع شمسي رفيع بمساحة 16 م2، والذي سيحمل سفينة الفضاء بسرعة متزايدة للأمام - إلى النجوم.

"طلقة إلى النجوم"

أساس المشروع اختراق ستارشوتكان مقالًا بقلم فيليب لوبين، أستاذ الفيزياء بجامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا، بعنوان "خطة للطيران بين النجوم" ( خريطة الطريق للطيران بين النجوم). الهدف الرئيسي المعلن للمشروع هو جعل الرحلات الجوية بين النجوم ممكنة خلال حياة الجيل القادم من البشر، أي ليس خلال قرون، بل خلال عقود.

مباشرة بعد الإعلان الرسمي عن البرنامج ستارشوتوتعرض القائمون على المشروع لموجة من الانتقادات من العلماء والمتخصصين التقنيين في مختلف المجالات. لاحظ الخبراء الناقدون العديد من التقييمات غير الصحيحة وببساطة "نقاط فارغة" في خطة البرنامج. تم أخذ بعض التعليقات في الاعتبار وتم تعديل خطة الرحلة قليلاً في التكرار الأول.

لذلك، سيكون المسبار بين النجوم عبارة عن مركب شراعي فضائي مزود بوحدة إلكترونية ستارشيبوزنه 1 جرام، متصل بأشرطة شديدة التحمل بشراع شمسي مساحته 16 م2، وسمكه 100 نانومتر، وكتلته 1 جرام، وبالطبع فإن ضوء شمسنا لا يكفي لتسريع حتى مثل هذا تصميم خفيف الوزنإلى سرعات لن يستمر بها السفر بين النجوم لآلاف السنين. لذلك، أهم ما يميز المشروع ستارشوت- يتم التسارع باستخدام إشعاع ليزر قوي يتم تركيزه على الشراع. يقدر لوبين أنه مع قوة شعاع ليزر تبلغ 50-100 جيجاوات، سيكون التسارع حوالي 30000 جرام، وفي غضون دقائق قليلة سيصل المسبار إلى سرعة 20٪ من الضوء. ستستغرق الرحلة إلى Alpha Centauri حوالي 20 عامًا.

الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها: موجة من الانتقادات

يقدم فيليب لوبين في مقالته تقديرات عددية لنقاط الخطة، لكن العديد من العلماء والمتخصصين ينتقدون هذه البيانات بشدة.

بالطبع لتطوير مثل هذا المشروع الطموح مثل اختراق ستارشوتيستغرق الأمر سنوات من العمل، و100 مليون دولار ليست صفقة كبيرة مبلغ كبيرلعمل بهذا الحجم. وينطبق هذا بشكل خاص على البنية التحتية الأرضية - وهي مجموعة مرحلية من بواعث الليزر. سيتطلب تركيب مثل هذه القدرة (50-100 جيجاوات) كمية هائلة من الطاقة، أي أنه سيلزم بناء عشرات على الأقل في مكان قريب محطات توليد الطاقة الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، سيكون من الضروري إزالة كمية كبيرة من الحرارة من الباعثات لعدة دقائق، وكيفية القيام بذلك لا تزال غير واضحة تمامًا. هناك مثل هذه الأسئلة التي لم تتم الإجابة عليها في المشروع اختراق ستارشوتمبلغ ضخم، ولكن حتى الآن بدأ العمل للتو.

ويقول يوري ميلنر: "يضم المجلس العلمي لمشروعنا خبراء وعلماء ومهندسين بارزين في مختلف المجالات ذات الصلة، بما في ذلك اثنان من الحائزين على جائزة نوبل". - ولقد سمعت تقييمات متوازنة للغاية لجدوى هذا المشروع. وفي القيام بذلك، فإننا نعتمد بالتأكيد على الخبرة المشتركة لجميع أعضاء مجلسنا العلمي، ولكن في الوقت نفسه نحن منفتحون على مناقشة علمية أوسع.

تحت أشرعة النجوم

أحد التفاصيل الرئيسية للمشروع هو الشراع الشمسي. في النسخة الأصلية، كانت مساحة الشراع في البداية 1 م 2 فقط، ولهذا السبب، لم تتمكن من تحمل التسخين أثناء التسارع في مجال إشعاع الليزر. يستخدم الإصدار الجديد شراعًا بمساحة 16 مترًا مربعًا، وبالتالي فإن النظام الحراري، على الرغم من قسوته الشديدة، ولكن وفقًا للتقديرات الأولية، لا ينبغي أن يذيب الشراع أو يدمره. كما كتب فيليب لوبين نفسه، من المخطط استخدام الطلاءات المعدنية كأساس للشراع، ولكن المرايا متعددة الطبقات العازلة تمامًا: "تتميز هذه المواد بمعامل انعكاس معتدل وامتصاص منخفض للغاية. لنفترض أن النظارات البصرية للألياف الضوئية مصممة لتدفقات الضوء العالية ولها امتصاص يبلغ حوالي عشرين تريليونًا لكل 1 ميكرون من السمك. ليس من السهل تحقيق معامل انعكاس جيد من عازل بسمك شراع يبلغ 100 نانومتر، وهو أقل بكثير من الطول الموجي. لكن لدى مؤلفي المشروع بعض الأمل في استخدام أساليب جديدة، مثل الطبقات الأحادية من المواد الخارقة ذات معامل الانكسار السلبي.

الشراع الشمسي

من العناصر الرئيسية للمشروع شراع شمسي بمساحة 16 م2 وكتلته 1 جرام فقط، مادة الشراع عبارة عن مرايا عازلة متعددة الطبقات تعكس 99.999% من الضوء الساقط (حسب الحسابات الأوليةيجب أن يكون هذا كافيًا لمنع الشراع من الذوبان في مجال إشعاع الليزر بقوة 100 جيجاوات). هناك نهج أكثر واعدة، والذي يجعل من الممكن جعل سمك الشراع أصغر من الطول الموجي للضوء المنعكس، وهو استخدام طبقة أحادية من مادة فوقية ذات معامل انكسار سلبي كقاعدة للشراع (مثل هذه المادة لها أيضًا ثقب نانوي، مما يقلل من كتلته بشكل أكبر). الخيار الثاني هو استخدام مادة ليست ذات معامل انعكاس مرتفع، ولكن ذات معامل امتصاص منخفض (10 −9)، مثل المواد البصرية لأدلة الضوء.

يقول لوبين: "عليك أيضًا أن تأخذ في الاعتبار أن الانعكاس من المرايا العازلة يتم ضبطه على نطاق ضيق من الأطوال الموجية، ومع تسارع المسبار، يؤدي تأثير دوبلر إلى تغيير الطول الموجي بأكثر من 20%". - أخذنا ذلك في الاعتبار، لذلك سيتم ضبط العاكس على ما يقرب من عشرين بالمائة من عرض نطاق الإشعاع. لقد صممنا مثل هذه العاكسات. وإذا لزم الأمر، تتوفر أيضًا عاكسات ذات نطاق ترددي أكبر.

ماكينة ليزر

رئيسي عرض تقديميلن تطير سفينة الفضاء إلى النجوم، بل ستكون موجودة على الأرض. هذه عبارة عن مجموعة مراحل أرضية من بواعث الليزر بقياس 1 × 1 كم. يجب أن تتراوح طاقة الليزر الإجمالية من 50 إلى 100 جيجاوات (وهذا يعادل قوة 10-20 محطة للطاقة الكهرومائية في كراسنويارسك). من المفترض استخدام المراحل (أي تغيير المراحل على كل باعث على حدة) لتركيز الإشعاع بطول موجي قدره 1.06 ميكرومتر من الشبكة بأكملها إلى بقعة يبلغ قطرها عدة أمتار على مسافات تصل إلى عدة ملايين من الكيلومترات ( الحد الأقصى لدقة التركيز هو 10 −9 راديان). لكن مثل هذا التركيز يعوقه الغلاف الجوي المضطرب، الذي يطمس الشعاع في بقعة بحجم ثانية قوسية تقريبًا (10 −5 راديان). ومن المتوقع تحقيق تحسينات بأربعة مستويات باستخدام البصريات التكيفية (AO)، والتي ستعوض التشوهات الجوية. أفضل الأنظمةتعمل البصريات التكيفية في التلسكوبات الحديثة على تقليل الضبابية إلى 30 مللي ثانية من القوس، أي أنه لا يزال هناك حوالي أمرين ونصف من الحجم المتبقي للهدف المقصود. يوضح فيليب لوبين: "للتغلب على الاضطرابات الجوية صغيرة النطاق، يجب تقسيم المصفوفة المرحلية إلى عناصر صغيرة جدًا، ويجب ألا يزيد حجم العنصر الباعث لطول موجتنا عن 20-25 سم". - هذا لا يقل عن 20 مليون باعث، لكن هذا الرقم لا يخيفني. للحصول على ردود الفعل في نظام AO، نخطط لاستخدام العديد من المصادر المرجعية - المنارات - سواء على المسبار أو على السفينة الأم أو في الغلاف الجوي. بالإضافة إلى ذلك، سوف نقوم بتتبع المسبار في طريقه إلى الهدف. نريد أيضًا استخدام النجوم كعوامة لضبط مراحل المصفوفة عند تلقي الإشارة من المسبار عند وصوله، لكننا سنتتبع المسبار للتأكد.

الوصول

ولكن بعد ذلك وصل المسبار إلى نظام Alpha Centauri، وقام بتصوير المناطق المحيطة بالنظام والكوكب (إن وجدت). يجب أن يتم نقل هذه المعلومات بطريقة أو بأخرى إلى الأرض، وتقتصر قوة جهاز إرسال الليزر الخاص بالمسبار على بضعة واطات. وبعد خمس سنوات، لا بد من استقبال هذه الإشارة الضعيفة على الأرض، لعزل النجوم عن إشعاع الخلفية. ووفقا لمؤلفي المشروع، فإن المسبار يناور نحو الهدف بحيث يتحول الشراع إلى عدسة فريسنل، مع تركيز إشارة المسبار في اتجاه الأرض. من المقدر أن العدسة المثالية ذات التركيز البؤري المثالي والتوجيه المثالي تعمل على تضخيم إشارة 1 واط إلى 10 13 واط مكافئ الخواص. ولكن كيف يمكننا أن نعتبر هذه الإشارة على خلفية إشعاع أقوى بكثير (بمقدار 13-14 مرة!) من النجم؟ "إن الضوء الصادر عن النجم ضعيف جدًا في الواقع لأن عرض خط الليزر لدينا صغير جدًا. يقول لوبين إن الخط الضيق هو عامل رئيسي في تقليل الخلفية. - إن فكرة صنع عدسة فرينل من الشراع بالاعتماد على عنصر حيود غشاء رقيق هي فكرة معقدة للغاية وتتطلب الكثير من العمل التمهيدي لفهم أفضل السبل للقيام بذلك بالضبط. هذه النقطة هي في الواقع واحدة من النقاط الرئيسية في خطة مشروعنا. "

الرحلة بين النجوم ليست مسألة قرون، بل عقود

يوري ميلنر ,
رجل الأعمال الروسي والمحسن،
مؤسس مبادرات الاختراق:

على مدى السنوات الخمس عشرة الماضية، يمكن القول إن تقدمًا ثوريًا كبيرًا قد حدث في ثلاثة مجالات تكنولوجية: تصغير المكونات الإلكترونية، وإنشاء جيل جديد من المواد، وكذلك تخفيض التكلفة وزيادة طاقة الليزر. يؤدي الجمع بين هذه الاتجاهات الثلاثة إلى إمكانية نظرية لتسريع القمر الصناعي النانوي إلى سرعات نسبية تقريبًا. في المرحلة الأولى (من 5 إلى 10 سنوات)، نخطط لإجراء دراسة علمية وهندسية أكثر تعمقًا لفهم مدى جدوى هذا المشروع. توجد على موقع المشروع قائمة بحوالي 20 مشكلة فنية خطيرة، بدون حلها لن نتمكن من المضي قدمًا. هذه ليست قائمة نهائية، ولكن بناء على رأي المجلس العلمي، نعتقد أن المرحلة الأولى من المشروع لديها الدافع الكافي. أعلم أن مشروع الشراع النجمي يتعرض لانتقادات جدية من الخبراء، لكنني أعتقد أن موقف بعض الخبراء النقديين مرتبط بفهم غير دقيق تمامًا لما نقترحه حقًا. نحن لا نقوم بتمويل رحلة إلى نجم آخر، بل تطويرات واقعية متعددة الأغراض تتعلق بفكرة المسبار بين النجوم فقط في الاتجاه العام. سيتم استخدام هذه التقنيات للرحلات الجوية في النظام الشمسي وللحماية من الكويكبات الخطرة. لكن تحديد مثل هذا الهدف الاستراتيجي الطموح مثل الطيران بين النجوم يبدو مبررا، بمعنى أن تطور التكنولوجيا على مدى السنوات العشر إلى العشرين الماضية ربما يجعل تنفيذ مثل هذا المشروع ليس مسألة قرون، كما افترض كثيرون، بل عقودا من الزمن.

من ناحية أخرى، فإن المصفوفة المرحلية من الباعثات الضوئية/مستقبلات الإشعاع ذات الفتحة الإجمالية التي تبلغ كيلومترًا واحدًا هي أداة قادرة على رؤية الكواكب الخارجية من مسافات تصل إلى عشرات الفراسخ الفلكية. باستخدام أجهزة استقبال ذات أطوال موجية قابلة للضبط، يمكن تحديد تكوين الغلاف الجوي للكواكب الخارجية. هل هناك حاجة إلى تحقيقات على الإطلاق في هذه الحالة؟ "من المؤكد أن استخدام المصفوفة المرحلية كتلسكوب كبير جدًا يفتح إمكانيات جديدة في علم الفلك. ولكن يضيف لوبين أننا نخطط لإضافة مقياس طيف الأشعة تحت الحمراء إلى المسبار كبرنامج طويل المدى بالإضافة إلى الكاميرا وأجهزة الاستشعار الأخرى. لدينا مجموعة ضوئيات رائعة في جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا وهي جزء من التعاون."

لكن على أية حال، بحسب لوبين، سيتم إجراء أولى الرحلات الجوية داخل النظام الشمسي: "نظرًا لأنه يمكننا إرسال عدد كبير من المجسات، فإن هذا يمنحنا العديد من الاحتمالات المختلفة. يمكننا أيضا أن نرسل صغيرة مماثلة ( مقياس الرقاقة(أي على شريحة) تسبر على الصواريخ التقليدية وتستخدم نفس التقنيات لدراسة الأرض أو الكواكب وأقمارها الصناعية في النظام الشمسي.

يشكر المحررون صحيفة "Troitsky Option - Science" ورئيس تحريرها بوريس ستيرن لمساعدتهم في إعداد المقال.

لم يكن النظام الشمسي لفترة طويلة ذا أهمية خاصة لكتاب الخيال العلمي. ولكن من المثير للدهشة أن كواكبنا "الأصلية" بالنسبة لبعض العلماء لا تسبب الكثير من الإلهام، على الرغم من أنها لم يتم استكشافها عمليًا بعد.

بعد أن فتحت بالكاد نافذة على الفضاء، تندفع البشرية إلى مسافات مجهولة، وليس فقط في الأحلام، كما كان من قبل.
كما وعد سيرجي كوروليف أيضًا بالسفر قريبًا إلى الفضاء "بتذكرة نقابية" ، ولكن هذه العبارة عمرها بالفعل نصف قرن من الزمان ، ولا تزال رحلة الفضاء من نصيب النخبة - فهي متعة باهظة الثمن للغاية. ومع ذلك، قبل عامين أطلقت HACA مشروعًا ضخمًا 100 عام من المركبة الفضائية,والذي يتضمن الإنشاء التدريجي والمتعدد السنوات لأساس علمي وتقني للرحلات الفضائية.

ومن المتوقع أن يجذب هذا البرنامج غير المسبوق العلماء والمهندسين والمتحمسين من جميع أنحاء العالم. إذا نجح كل شيء، خلال 100 عام، ستتمكن البشرية من بناء سفينة بين النجوم، وسوف نتحرك حول النظام الشمسي مثل الترام.

إذن، ما هي المشاكل التي يجب حلها حتى تصبح رحلة النجوم حقيقة؟

الوقت والسرعة نسبيتان

يبدو أن علم الفلك باستخدام المركبات الفضائية الأوتوماتيكية بالنسبة لبعض العلماء هو مشكلة تم حلها تقريبًا، وهذا أمر غريب بما فيه الكفاية. وهذا على الرغم من أنه لا فائدة على الإطلاق من إطلاق آلات أوتوماتيكية إلى النجوم بسرعة الحلزون الحالية (حوالي 17 كم/ثانية) وغيرها من المعدات البدائية (لمثل هذه الطرق غير المعروفة).

والآن غادرت المركبة الفضائية الأمريكية بايونير 10 وفوياجر 1 النظام الشمسي، ولم يعد هناك أي اتصال بهما. بايونير 10 يتحرك نحو نجم الديبران. وإذا لم يحدث له شيء فسوف يصل إلى محيط هذا النجم خلال 2 مليون سنة. وبنفس الطريقة، تزحف الأجهزة الأخرى عبر مساحات الكون.

لذلك، بغض النظر عما إذا كانت السفينة مأهولة أم لا، فإن الطيران إلى النجوم يحتاج إلى سرعة عالية، قريبة من سرعة الضوء. ومع ذلك، سيساعد هذا في حل مشكلة الطيران فقط إلى أقرب النجوم.

كتب K. Feoktistov: "حتى لو تمكنا من بناء مركبة فضائية يمكنها الطيران بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فسيتم حساب وقت السفر في مجرتنا فقط بآلاف السنين وعشرات الآلاف من السنين، حيث أن قطرها حوالي 100.000 سنة ضوئية. ولكن على الأرض، سيحدث الكثير خلال هذا الوقت.

وفقا للنظرية النسبية، فإن مرور الوقت في نظامين يتحركان بالنسبة لبعضهما البعض يختلف. نظرًا لأنه سيكون لدى السفينة وقت طويل للوصول إلى سرعة قريبة جدًا من سرعة الضوء، فإن الفارق الزمني على الأرض وعلى السفينة سيكون كبيرًا بشكل خاص.

من المفترض أن الهدف الأول للرحلات بين النجوم سيكون Alpha Centauri (نظام من ثلاثة نجوم) - الأقرب إلينا. بسرعة الضوء، يمكنك الوصول إلى هناك في 4.5 سنوات، على الأرض خلال هذا الوقت سوف تمر عشر سنوات. لكن كلما زادت المسافة، زاد فارق التوقيت.

هل تتذكر "سديم المرأة المسلسلة" الشهير لإيفان إفريموف؟ هناك، يتم قياس الرحلة بالسنوات، وبالسنوات الأرضية. حكاية خرافية جميلة، لا شيء ليقوله. ومع ذلك، فإن هذا السديم العزيزة (على وجه التحديد، مجرة ​​المرأة المسلسلة) يقع على مسافة 2.5 مليون سنة ضوئية منا.

وبحسب بعض الحسابات فإن الرحلة ستستغرق رواد الفضاء أكثر من 60 عاما (حسب ساعات المركبة الفضائية)، لكن عصرا كاملا ستمر على الأرض. كيف سيستقبل أحفادهم البعيدين الفضاء "إنسان نياندرتال"؟ وهل ستكون الأرض حية؟ وهذا يعني أن العودة لا معنى لها في الأساس. ومع ذلك، مثل الرحلة نفسها: يجب أن نتذكر أننا نرى مجرة ​​​​سديم المرأة المسلسلة كما كانت قبل 2.5 مليون سنة - وهي المدة التي ينتقل فيها ضوءها إلينا. ما الهدف من الطيران إلى هدف مجهول ربما لم يكن موجودًا منذ فترة طويلة على الأقل بنفس الشكل وفي نفس المكان؟

وهذا يعني أنه حتى الرحلات الجوية بسرعة الضوء لا يمكن تبريرها إلا للنجوم القريبة نسبيًا. ومع ذلك، فإن الأجهزة التي تطير بسرعة الضوء لا تزال تعيش من الناحية النظرية فقط، وهو ما يشبه الخيال العلمي، وإن كان علميًا.

سفينة بحجم كوكب

بطبيعة الحال، أولا وقبل كل شيء، جاء العلماء بفكرة استخدام التفاعل النووي الحراري الأكثر فعالية في محرك السفينة - كما تم إتقانه جزئيا (للأغراض العسكرية). ومع ذلك، بالنسبة للسفر ذهابًا وإيابًا بسرعة قريبة من سرعة الضوء، حتى مع تصميم نظام مثالي، يلزم وجود نسبة من الكتلة الأولية إلى الكتلة النهائية لا تقل عن 10 أس ثلاثين. أي أن المركبة الفضائية ستبدو وكأنها قطار ضخم به وقود بحجم كوكب صغير. من المستحيل إطلاق مثل هذا العملاق إلى الفضاء من الأرض. ومن الممكن أيضًا تجميعه في المدار، فليس من قبيل الصدفة أن العلماء لا يناقشون هذا الخيار.

تحظى فكرة محرك الفوتون الذي يستخدم مبدأ إبادة المادة بشعبية كبيرة.

الفناء هو تحول الجسيم والجسيم المضاد عند اصطدامهما إلى جسيمات أخرى غير جسيماتها الأصلية. والأكثر دراسة هو إبادة الإلكترون والبوزيترون، مما يؤدي إلى توليد الفوتونات، التي ستحرك طاقتها المركبة الفضائية. تظهر الحسابات التي أجراها الفيزيائيان الأمريكيان رونان كين ووي مينغ تشانغ أنه استنادا إلى التقنيات الحديثة، من الممكن إنشاء محرك إبادة قادر على تسريع مركبة فضائية إلى 70٪ من سرعة الضوء.

ومع ذلك، تبدأ المزيد من المشاكل. ولسوء الحظ، فإن استخدام المادة المضادة كوقود للصواريخ أمر صعب للغاية. أثناء الإبادة، تحدث رشقات نارية من إشعاعات جاما القوية الضارة برواد الفضاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن اتصال وقود البوزيترون بالسفينة محفوف بانفجار مميت. أخيرًا، لا توجد حتى الآن تقنيات للحصول على كمية كافية من المادة المضادة وتخزينها على المدى الطويل: على سبيل المثال، "تعيش" ذرة الهيدروجين المضاد الآن لمدة تقل عن 20 دقيقة، ويكلف إنتاج مليجرام من البوزيترونات 25 مليون دولار.

ولكن لنفترض أنه مع مرور الوقت يمكن حل هذه المشاكل. ومع ذلك، ستظل بحاجة إلى الكثير من الوقود، وستكون كتلة البداية لمركبة الفوتون قابلة للمقارنة بكتلة القمر (وفقًا لكونستانتين فيوكتيستوف).

الشراع ممزق!

تعتبر المركبة الفضائية الأكثر شعبية وواقعية اليوم هي مركب شراعي شمسي، تعود فكرته إلى العالم السوفيتي فريدريش زاندر.

الشراع الشمسي (الضوء، الفوتون) هو جهاز يستخدم الضغط ضوء الشمسأو الليزر على سطح المرآة لدفع المركبة الفضائية.
في عام 1985، اقترح الفيزيائي الأمريكي روبرت فوروارد تصميم مسبار بين النجوم يتم تسريعه بواسطة طاقة الموجات الدقيقة. ويتصور المشروع أن المسبار سيصل إلى أقرب النجوم خلال 21 عاما.

في المؤتمر الفلكي الدولي السادس والثلاثين، تم اقتراح مشروع لمركبة فضائية ليزر، يتم توفير حركتها بواسطة طاقة الليزر الضوئية الموجودة في مدار حول عطارد. ووفقا للحسابات، فإن طريق مركبة فضائية بهذا التصميم إلى النجم إبسيلون إريداني (10.8 سنة ضوئية) والعودة سيستغرق 51 عاما.

"من غير المرجح أن تحقق البيانات التي تم الحصول عليها من السفر عبر نظامنا الشمسي تقدمًا كبيرًا في فهم العالم الذي نعيش فيه. وبطبيعة الحال، يتحول الفكر إلى النجوم. بعد كل شيء، كان من المفهوم سابقا أن الرحلات الجوية بالقرب من الأرض، والرحلات الجوية إلى الكواكب الأخرى لنظامنا الشمسي لم تكن الهدف النهائي. يبدو أننا نستطيع تمهيد الطريق إلى النجوم المهمة الرئيسية».

هذه الكلمات لا تخص كاتب خيال علمي، بل تخص مصمم سفينة الفضاء ورائد الفضاء كونستانتين فيوكتيستوف. ووفقا للعالم، لن يتم اكتشاف أي شيء جديد بشكل خاص في النظام الشمسي. وهذا على الرغم من أن الإنسان لم يصل حتى الآن إلا إلى القمر...

ومع ذلك، خارج النظام الشمسي، فإن ضغط ضوء الشمس سيقترب من الصفر. ولذلك، هناك مشروع لتسريع مركب شراعي شمسي باستخدام أنظمة الليزر من بعض الكويكبات.

كل هذا لا يزال مجرد نظرية، ولكن الخطوات الأولى يجري اتخاذها بالفعل.

وفي عام 1993، تم نشر شراع شمسي بعرض 20 مترًا لأول مرة على متن السفينة الروسية Progress M-15 كجزء من مشروع Znamya-2. عند الالتحام بروجرس بمحطة مير، قام طاقمها بتركيب وحدة نشر عاكسة على متن بروجرس. ونتيجة لذلك، أنشأ العاكس نقطة مضيئة عرضها 5 كيلومترات، والتي مرت عبر أوروبا إلى روسيا بسرعة 8 كيلومترات في الثانية. كان لبقعة الضوء لمعان يعادل تقريبًا اكتمال القمر.

لذا، فإن ميزة المراكب الشراعية الشمسية هي نقص الوقود على متنها، وعيوبها هي ضعف هيكل الشراع: فهي في الأساس عبارة عن رقاقة رقيقة ممتدة فوق الإطار. أين هو الضمان بأن الشراع لن يتعرض لثقوب من الجزيئات الكونية على طول الطريق؟

قد تكون النسخة الشراعية مناسبة لإطلاق المجسات الآلية والمحطات وسفن الشحن، ولكنها غير مناسبة لرحلات العودة المأهولة. هناك مشاريع أخرى للمركبات الفضائية، لكنها تذكرنا بطريقة أو بأخرى بما سبق (مع نفس المشاكل واسعة النطاق).

مفاجآت في الفضاء بين النجوم

يبدو أن العديد من المفاجآت تنتظر المسافرين في الكون. على سبيل المثال، بالكاد تجاوز النظام الشمسي، بدأ الجهاز الأمريكي بايونير 10 في تجربة قوة مجهولة المصدر، مما تسبب في ضعف الكبح. لقد تم وضع العديد من الافتراضات، بما في ذلك التأثيرات غير المعروفة حتى الآن للقصور الذاتي أو حتى الوقت. لا يوجد حتى الآن تفسير واضح لهذه الظاهرة؛ ويجري النظر في مجموعة متنوعة من الفرضيات: بدءًا من الفرضيات التقنية البسيطة (على سبيل المثال، قوة رد الفعل الناتجة عن تسرب الغاز في الجهاز) إلى إدخال قوانين فيزيائية جديدة.

اكتشف جهاز آخر، Voyadger 1، منطقة ذات مجال مغناطيسي قوي على حدود النظام الشمسي. وفيه، يؤدي ضغط الجسيمات المشحونة من الفضاء بين النجوم إلى زيادة كثافة المجال الذي أنشأته الشمس. تم تسجيل الجهاز أيضًا:

• زيادة في عدد الإلكترونات عالية الطاقة (حوالي 100 مرة) التي تخترق النظام الشمسي من الفضاء بين النجوم؛
• زيادة حادة في مستوى الأشعة الكونية المجرية - الجسيمات المشحونة عالية الطاقة من أصل بين النجوم.

وهذه مجرد قطرة في دلو! ومع ذلك، فإن ما نعرفه اليوم عن المحيط بين النجوم يكفي للتشكيك في إمكانية التنقل في مساحات الكون.

المسافة بين النجوم ليست فارغة. هناك بقايا الغاز والغبار والجسيمات في كل مكان. عند محاولة السفر بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فإن كل ذرة تصطدم بالسفينة ستكون بمثابة جسيم شعاع كوني عالي الطاقة. سيزداد مستوى الإشعاع القوي خلال مثل هذا القصف بشكل غير مقبول حتى أثناء الرحلات الجوية إلى النجوم القريبة.

وسيكون التأثير الميكانيكي للجسيمات بهذه السرعات مثل الرصاص المتفجر. وفقًا لبعض الحسابات، سيتم إطلاق كل سنتيمتر من الشاشة الواقية للمركبة الفضائية بشكل مستمر بمعدل 12 طلقة في الدقيقة. من الواضح أنه لن تتحمل أي شاشة مثل هذا التعرض لعدة سنوات من الرحلة. أو يجب أن يكون لها سمك غير مقبول (عشرات ومئات الأمتار) وكتلة (مئات الآلاف من الأطنان).

في الواقع، ستتألف المركبة الفضائية بشكل أساسي من هذه الشاشة والوقود، الأمر الذي سيتطلب عدة ملايين من الأطنان. نظرًا لهذه الظروف، فإن الطيران بهذه السرعات أمر مستحيل، خاصة أنه على طول الطريق لا يمكنك أن تصطدم بالغبار فحسب، بل أيضًا بشيء أكبر، أو أن تحاصر في مجال جاذبية غير معروف. ثم الموت مرة أخرى أمر لا مفر منه. وبالتالي، حتى لو كان من الممكن تسريع سفينة الفضاء إلى سرعة الضوء، فلن تصل إلى هدفها النهائي - سيكون هناك الكثير من العقبات في طريقها. لذلك، لا يمكن تنفيذ الرحلات الجوية بين النجوم إلا بسرعات أقل بكثير. لكن عامل الوقت يجعل هذه الرحلات بلا معنى.

وتبين أنه من المستحيل حل مشكلة نقل الأجسام المادية عبر مسافات المجرة بسرعات قريبة من سرعة الضوء. لا فائدة من اختراق المكان والزمان باستخدام الهيكل الميكانيكي.

ثقب الخلد

اخترع كتاب الخيال العلمي، الذين يحاولون التغلب على الوقت الذي لا يرحم، كيفية "نخر الثقوب" في المكان (والزمن) و"طيها". لقد توصلوا إلى قفزات مختلفة في الفضاء الفائق من نقطة إلى أخرى في الفضاء، متجاوزة المناطق المتوسطة. الآن انضم العلماء إلى كتاب الخيال العلمي.

بدأ الفيزيائيون بالبحث عن الحالات المتطرفة للمادة والثغرات الغريبة في الكون حيث من الممكن التحرك بسرعات فائقة الضوء، وهو ما يتعارض مع نظرية النسبية لأينشتاين.

ومن هنا جاءت فكرة الثقب الدودي. يجمع هذا الثقب جزأين من الكون، مثل نفق مقطوع يربط بين مدينتين منفصلتين جبل عالي. ولسوء الحظ، فإن الثقوب الدودية لا تكون ممكنة إلا في الفراغ المطلق. في كوننا، هذه الثقوب غير مستقرة للغاية: يمكن أن تنهار ببساطة قبل وصول المركبة الفضائية إلى هناك.

ومع ذلك، لإنشاء ثقوب دودية مستقرة، يمكنك استخدام التأثير الذي اكتشفه الهولندي هندريك كازيمير. وهو يتألف من التجاذب المتبادل لإجراء أجسام غير مشحونة تحت تأثير التذبذبات الكمومية في الفراغ. وتبين أن الفراغ ليس فارغًا تمامًا، فهناك تقلبات في مجال الجاذبية تظهر وتختفي فيها الجزيئات والثقوب الدودية المجهرية تلقائيًا.

كل ما تبقى هو اكتشاف إحدى الثقوب وتمديدها، ووضعها بين كرتين فائقتي التوصيل. سيبقى أحد فتحات الثقب الدودي على الأرض، بينما سيتم نقل الآخر بواسطة المركبة الفضائية بسرعة قريبة من الضوء إلى النجم - الجسم الأخير. وهذا يعني أن سفينة الفضاء سوف تخترق النفق. بمجرد وصول المركبة الفضائية إلى وجهتها، سيتم فتح الثقب الدودي لسفر حقيقي بين النجوم بسرعة البرق، وسيتم قياس مدته بالدقائق.

فقاعة الاضطراب

أقرب إلى نظرية الثقب الدودي هي فقاعة ملتوية. في عام 1994، أجرى الفيزيائي المكسيكي ميغيل ألكوبيير حسابات وفقًا لمعادلات أينشتاين ووجد الاحتمال النظري لتشوه الموجة في الاستمرارية المكانية. في هذه الحالة، سينضغط الفضاء أمام المركبة الفضائية ويتوسع خلفها في نفس الوقت. يتم وضع المركبة الفضائية، كما كانت، في فقاعة انحناء، قادرة على التحرك بسرعة غير محدودة. وتكمن عبقرية الفكرة في أن المركبة الفضائية تقع في فقاعة من الانحناء، ولا يتم انتهاك قوانين النسبية. وفي الوقت نفسه، تتحرك الفقاعة المنحنية نفسها، مما يؤدي إلى تشويه الزمكان محليًا.

على الرغم من عدم القدرة على السفر بسرعة أكبر من الضوء، إلا أنه لا يوجد ما يمنع الفضاء من التحرك أو نشر اعوجاج الزمكان بسرعة أكبر من الضوء، وهو ما يعتقد أنه حدث بعد ذلك مباشرة .الانفجار العظيمأثناء تكوين الكون.

كل هذه الأفكار لا تتناسب بعد مع إطار العلم الحديث، ولكن في عام 2012، أعلن ممثلو ناسا عن إعداد اختبار تجريبي لنظرية الدكتور ألكوبيير. من يدري، ربما تصبح نظرية أينشتاين النسبية يومًا ما جزءًا من نظرية عالمية جديدة. بعد كل شيء، عملية التعلم لا نهاية لها. وهذا يعني أننا في يوم من الأيام سنكون قادرين على اختراق الأشواك إلى النجوم.

ايرينا جروموفا

الرحلة بين النجوم هي السفر بين النجوم بواسطة مركبات مأهولة أو محطات أوتوماتيكية. في أغلب الأحيان، تشير الرحلة بين النجوم إلى السفر المأهول، وأحيانًا مع احتمال استعمار كواكب خارج المجموعة الشمسية.

سيبدأ بناء سرب من السفن بين النجوم عند نقاط لاغرانج في نظام الأرض والقمر (نقاط توازن الجاذبية). يمكن تسليم المواد في معظمها من القواعد القمرية - على سبيل المثال، يتم إطلاق الحاويات بها البنادق الكهرومغناطيسيةويتم التقاطها بواسطة محطات مصائد خاصة في منطقة البناء. يجب أن يتمتع محرك سفينة بين النجوم بنفس ترتيب الطاقة الذي تتمتع به كل الطاقة التي تستهلكها البشرية اليوم. واستنادًا إلى التقنيات المتوقعة وقدرات الموارد، من الممكن تقديم مخطط تفصيلي للسفر بين النجوم في المستقبل.

بالمراجعة سفينة فضائيةلأي غرض من الأغراض، من المناسب تقسيمه إلى قسمين - نظام الدفع والحمولة. لا يعني نظام الدفع عادةً المحركات نفسها فحسب، بل يعني أيضًا خزانات الوقود وهياكل الطاقة اللازمة. بالنسبة لمشاكل السفر بين النجوم، فإن نظام الدفع هو العامل الرئيسي الذي يحدد جدوى المشروع. ومع ذلك، فإن مشاكل إنشاء نظام الدفع هي خارج نطاق هذا الاعتبار. ما يهمنا الآن هو أن هناك تقنيات يمكن أن تصبح مقبولة للرحلات بين النجوم أثناء تطورها. هنا تأتي تكنولوجيا استخدام الاندماج النووي الحراري بالقصور الذاتي لدفع الصواريخ في المقام الأول. حصلت منشأة NIF (مرفق الإشعال الوطني) الأمريكية لأبحاث الاندماج النووي الحراري بالليزر بقيمة 3.5 مليار دولار بالفعل على نتائج تشير إلى أنه يمكن إنشاء محرك صاروخي على هذا المبدأ. يتم بناء تركيب أكثر قوة من هذا النوع بالقرب من ساروف. لا تشبه هذه المنشآت سوى القليل من المحركات الصاروخية، ولكن إذا "قطعناها" تقريبًا إلى النصف، وتخلصنا من الأساسات والجدران والكثير من المعدات غير الضرورية في الفضاء، فسنحصل على محرك صاروخي يمكن ترقيته إلى نسخة بين النجوم. وبدون الخوض في التفاصيل، نلاحظ أن مثل هذه المحركات ستكون بالضرورة كبيرة وثقيلة وقوية جدًا. يجب أن يتمتع محرك سفينة بين النجوم بنفس ترتيب الطاقة الذي تتمتع به كل الطاقة التي تستهلكها البشرية اليوم. وجود مثل هذا المحرك (وإذا لم يكن هناك مثل هذا المحرك، فلا يوجد شيء للحديث عنه)، يمكنك أن تشعر بمزيد من الحرية عند النظر في معلمات الحمولة. وقياسًا على ذلك، إذا كان الـ 50 كجم الإضافية ملحوظة بالفعل لراكب الدراجة، فإن قاطرة الديزل لن تلاحظ حتى الـ 50 طنًا الإضافية.

متسلحين بهذا الفهم، يمكننا أن نحاول تخيل أول رحلة استكشافية بين النجوم. في هذه الحالة، سيتعين عليك استخدام نتائج الحسابات والتقديرات التي تم إجراؤها، ولكن هنا، لأسباب واضحة، لا يمكن إعادة إنتاجها.

سيبدأ بناء سرب من السفن بين النجوم عند نقاط لاغرانج في نظام الأرض والقمر (نقاط توازن الجاذبية). يمكن تسليم المواد، في معظمها، من القواعد القمرية - على سبيل المثال، يتم إطلاق الحاويات التي تحتوي عليها بواسطة مدافع كهرومغناطيسية ويتم التقاطها بواسطة محطات مصيدة خاصة في منطقة البناء.

سفينة واحدة تعني مئات الآلاف من الأطنان من الحمولة، وملايين الأطنان من المحركات، وعشرات الملايين من الأطنان من الوقود. يمكن أن تكون الأرقام مخيفة، ولكن لتجنب المبالغة في التخويف، يمكن مقارنتها بمشاريع البناء الكبرى الأخرى. منذ زمن طويل، خلال 20 عامًا، تم بناء هرم خوفو الذي يزن أكثر من 6 ملايين طن. أو بالفعل في عصرنا - في كندا في عام 1965، تم بناء جزيرة نورث دام. كانت هناك حاجة إلى 15 مليون طن فقط من التربة، واستغرق البناء 10 أشهر فقط. أكبر سفينة بحرية - نوك نيفيس - كانت إزاحتها 825614 طنًا. يتمتع البناء في الفضاء بصعوباته الخاصة، ولكن له أيضًا بعض المزايا، على سبيل المثال، تخفيف عناصر الطاقة بسبب انعدام الوزن، والغياب الفعلي للقيود على الكتلة والحجم (على الأرض، هيكل كبير بدرجة كافية سوف يسحق نفسه ببساطة).

ما يقرب من 95٪ من كتلة السفينة بين النجوم ستكون وقودًا نوويًا حراريًا. من المحتمل أن تستخدم هيدروجين البورون، وسيكون الوقود صلبًا، ولن تكون هناك حاجة إلى خزانات، مما يحسن بشكل كبير خصائص السفينة ويجعل بنائها أسهل. من الأفضل جمع البوروهيدريدات ليس في نظام الأرض والقمر، ولكن في مكان ما بعيدًا عن الشمس، في نظام زحل، على سبيل المثال، لتجنب الخسائر الناجمة عن التسامي. يمكن تقدير وقت البناء بعدة عقود. الفترة ليست طويلة جدًا، بالإضافة إلى ذلك، سيقوم نفس البناة في نفس الوقت بتنفيذ أعمال أخرى كجزء من تطوير النظام الشمسي. من الأفضل البدء في البناء ببناء الكتل السكنية للسفينة التي سيعيش فيها البناؤون والمتخصصون الآخرون. في الوقت نفسه، أثناء البناء وتراكم الوقود، سيتم اختبار استقرار نظام دعم الحياة المغلق لعقود من الزمن.

من المحتمل أن يكون نظام دعم الحياة المغلق هو ثاني أصعب مشكلة بعد مشكلة المحرك. يستهلك الشخص الواحد يومياً ما يقارب 5 كيلوغرامات من الماء والغذاء والهواء، وإذا أخذت كل شيء معك فستحتاج إلى أكثر من 200 ألف طن من الإمدادات. الحل هو إعادة استخدام الموارد كما يحدث على كوكب الأرض.

لا يمكن تجربة النطاق الكامل لمسافات الطيران بين النجوم إلا إذا أخذنا في الاعتبار وسائل تنفيذ مثل هذه الرحلات. وبطبيعة الحال، لا يهدف هذا الاعتبار إلى "الشعور بالمسافة". كما لا يمكن اعتباره تصميمًا لتصميم محدد للسفن بين النجوم. تعتبر دراسة السفر بين النجوم اليوم ذات طبيعة هندسية ونظرية. من المستحيل إثبات استحالة الرحلات الجوية بين النجوم، لكن لم يتمكن أحد من إثبات جدواها. إن المخرج من هذا الوضع ليس سهلاً - فمن الضروري اقتراح تصميم للسفن بين النجوم يقبله المجتمع الهندسي والعلمي باعتباره ممكنًا.

يتم استبعاد الرحلات الجوية للسفن الفردية بين النجوم، والتي هي القاعدة في أدب الخيال العلمي، ومن الممكن القيام برحلات جوية لسرب واحد فقط من السفن، حوالي اثنتي عشرة مركبة. وهذا من متطلبات السلامة، وبالإضافة إلى ذلك فهو يضمن أيضًا تنوع الحياة من خلال التواصل بين أطقم السفن المختلفة.

بمجرد الانتهاء من بناء السرب، فإنه ينتقل إلى احتياطيات الوقود المخزنة، ويرسو بها وينطلق. على ما يبدو، سيكون التسارع بطيئًا للغاية وفي غضون عام أو عامين، ستتمكن الأجهزة المحمولة الأخرى من إلقاء ما نسوا على السفن وإقلاع أولئك الذين غيروا رأيهم.

سوف تستمر الرحلة 100-150 سنة. تسارع بطيء مع تسارع يقارب جزء من مائة من تسارع الأرض خلال فترة عشر سنوات، وعشرات السنين من الطيران بالقصور الذاتي، وتباطؤ أسرع إلى حد ما من التسارع. من شأن التسارع السريع أن يقلل بشكل كبير من زمن الرحلة، لكنه غير ممكن بسبب الكتلة الكبيرة الحتمية لنظام الدفع.

لن تكون الرحلة مليئة بالمغامرات الفضائية كما هو موضح في أدب الخيال العلمي. التهديدات الخارجيةشبه مستحيل. غيوم الغبار الكوني، والاضطرابات في الفضاء، والفجوات في الزمن - كل هذه الأدوات لا تشكل تهديدا بسبب غيابها. حتى النيازك التافهة نادرة للغاية في الفضاء بين النجوم. المشكلة الخارجية الرئيسية هي الإشعاع الكوني المجري والأشعة الكونية. هذا هو تدفق متناحي لنوى العناصر ذات الطاقة العالية وبالتالي قدرة اختراق عالية. على الأرض، نحن محميون منها بالغلاف الجوي والمجال المغناطيسي، أما في الفضاء، إذا كانت الرحلة طويلة، فيجب علينا اتخاذ تدابير خاصة، حماية المنطقة المعيشية للسفينة بحيث لا تتجاوز جرعة الإشعاع الكوني بشكل كبير المستوى الأرضي. ستساعد هنا تقنية تصميم بسيطة - توجد احتياطيات الوقود (وهي كبيرة جدًا) حول حجرات المعيشة وتحميها من الإشعاع في معظم أوقات الرحلة.

تنقل التقنيات والاكتشافات الحديثة استكشاف الفضاء إلى مستوى جديد تمامًا، لكن السفر بين النجوم لا يزال حلمًا. لكن هل هذا غير واقعي ولا يمكن تحقيقه؟ ماذا يمكننا أن نفعل الآن وماذا نتوقع في المستقبل القريب؟

وبدراسة البيانات التي تم الحصول عليها من تلسكوب كيبلر، اكتشف علماء الفلك 54 كوكبًا خارجيًا يحتمل أن تكون صالحة للسكن. هذه العوالم البعيدة تقع في المنطقة الصالحة للسكن، أي. على مسافة معينة من النجم المركزي، مما يسمح بالحفاظ على الماء في صورة سائلة على سطح الكوكب.

ومع ذلك فإن الجواب على السؤال الرئيسيمن الصعب تحديد ما إذا كنا وحدنا في الكون أم لا، وذلك بسبب المسافة الهائلة التي تفصل بين النظام الشمسي وأقرب جيراننا. على سبيل المثال، يقع الكوكب "الواعد" Gliese 581g على مسافة 20 سنة ضوئية - وهذا قريب بما فيه الكفاية بالمعايير الكونية، ولكنه لا يزال بعيدًا جدًا بالنسبة للأدوات الأرضية.

إن وفرة الكواكب الخارجية ضمن دائرة نصف قطرها 100 سنة ضوئية أو أقل من الأرض والاهتمام العلمي وحتى الحضاري الهائل الذي تمثله للبشرية يجبرنا على إلقاء نظرة جديدة على فكرة السفر بين النجوم الرائعة حتى الآن.

إن الرحلة إلى نجوم أخرى هي بالطبع مسألة تقنية. علاوة على ذلك، هناك العديد من الاحتمالات لتحقيق هذا الهدف البعيد، ولم يتم الاختيار بعد لصالح طريقة أو أخرى.

لقد أرسلت البشرية بالفعل مركبات بين النجوم إلى الفضاء: مجسات بايونير وفوياجر. حاليا، لقد غادروا النظام الشمسي، لكن سرعتهم لا تسمح لنا بالحديث عن أي إنجاز سريع للهدف. وبالتالي، فإن فوييجر 1، التي تتحرك بسرعة حوالي 17 كم/ثانية، ستطير حتى إلى أقرب نجم بروكسيما سنتوري (4.2 سنة ضوئية) لفترة طويلة بشكل لا يصدق - 17 ألف سنة.

من الواضح أنه مع محركات الصواريخ الحديثة لن نصل إلى أي مكان أبعد من النظام الشمسي: لنقل كيلوغرام واحد من البضائع حتى إلى بروكسيما سنتوري القريب، هناك حاجة إلى عشرات الآلاف من الأطنان من الوقود. وفي الوقت نفسه، مع زيادة كتلة السفينة، تزداد كمية الوقود المطلوبة، ويلزم وقود إضافي لنقلها. حلقة مفرغة، وضع حد لخزانات الوقود الكيميائي - يبدو أن بناء سفينة فضائية تزن مليارات الأطنان مهمة لا تصدق على الإطلاق. توضح الحسابات البسيطة باستخدام صيغة تسيولكوفسكي أن تسريع المركبات الفضائية المدفوعة كيميائيًا إلى حوالي 10% من سرعة الضوء سيتطلب وقودًا أكثر مما هو متوفر في الكون المعروف.

ينتج تفاعل الاندماج النووي طاقة لكل وحدة كتلة في المتوسط ​​مليون مرة أكثر من عمليات الاحتراق الكيميائي. ولهذا السبب وجهت وكالة ناسا اهتمامها في السبعينيات إلى إمكانية استخدام محركات الصواريخ النووية الحرارية. تضمن مشروع مركبة ديدالوس الفضائية غير المأهولة إنشاء محرك يتم فيه إدخال كريات صغيرة من الوقود النووي الحراري إلى غرفة الاحتراق وإشعالها بواسطة أشعة الإلكترون. تطير منتجات التفاعل النووي الحراري من فوهة المحرك وتعطي تسارعًا للسفينة.

مقارنة سفينة الفضاء ديدالوس بمبنى إمباير ستيت

كان من المفترض أن يحمل ديدالوس 50 ألف طن من كريات الوقود بقطر 4 و 2 ملم. تتكون الحبيبات من نواة تحتوي على الديوتيريوم والتريتيوم وقشرة من الهيليوم -3. ويشكل الأخير ما بين 10 إلى 15% فقط من كتلة كرية الوقود، لكنه في الحقيقة هو الوقود. ويتوفر الهيليوم-3 بكثرة على القمر، ويستخدم الديوتيريوم على نطاق واسع في الصناعة النووية. يعمل قلب الديوتيريوم كمفجر لإشعال تفاعل الاندماج ويثير تفاعلًا قويًا مع إطلاق طائرة بلازما تفاعلية، والتي يتم التحكم فيها بواسطة مجال مغناطيسي قوي. كان من المفترض أن تزن غرفة الاحتراق الرئيسية للموليبدينوم في محرك ديدالوس أكثر من 218 طنًا، وغرفة المرحلة الثانية - 25 طنًا. تتوافق الملفات المغناطيسية فائقة التوصيل أيضًا مع المفاعل الضخم: الأول يزن 124.7 طنًا والثاني 43.6 طنًا، وللمقارنة فإن الوزن الجاف للمكوك أقل من 100 طن.

تم التخطيط لرحلة ديدالوس لتكون على مرحلتين: كان من المفترض أن يعمل محرك المرحلة الأولى لأكثر من عامين ويحرق 16 مليون كرية وقود. وبعد فصل المرحلة الأولى، عمل محرك المرحلة الثانية لمدة عامين تقريبا. وهكذا، خلال 3.81 سنة من التسارع المستمر، سيصل ديدالوس السرعة القصوىبسرعة 12.2% من سرعة الضوء. ستغطي هذه السفينة المسافة إلى نجم بارنارد (5.96 سنة ضوئية) خلال 50 عامًا وستكون قادرة على الطيران عبر نظام نجمي بعيد لنقل نتائج ملاحظاتها عبر الراديو إلى الأرض. وبالتالي فإن المهمة بأكملها ستستغرق حوالي 56 عامًا.

على الرغم من الصعوبات الكبيرة في ضمان موثوقية أنظمة ديدالوس العديدة وتكلفتها الهائلة، إلا أنه يمكن تنفيذ هذا المشروع بالمستوى التكنولوجي الحالي. علاوة على ذلك، في عام 2009، قام فريق من المتحمسين بإحياء العمل في مشروع السفينة النووية الحرارية. يتضمن مشروع إيكاروس حاليًا 20 موضوعًا علميًا حول التطوير النظري لأنظمة ومواد المركبات الفضائية بين النجوم.

وبالتالي، فإن الرحلات الجوية غير المأهولة بين النجوم عبر مسافات تصل إلى 10 سنوات ضوئية أصبحت ممكنة اليوم بالفعل، الأمر الذي سيستغرق حوالي 100 عام من الرحلة بالإضافة إلى الوقت الذي تستغرقه إشارة الراديو للعودة إلى الأرض. الأنظمة النجمية Alpha Centauri وBarnard's Star وSirius وEpsilon Eridani وUV Ceti وRoss 154 و248 وCN Leo وWISE 1541-2250 تتلاءم مع هذا النطاق. وكما نرى، هناك ما يكفي من الأجسام القريبة من الأرض لدراستها باستخدام البعثات غير المأهولة. ولكن ماذا لو عثرت الروبوتات على شيء غير عادي وفريد ​​من نوعه، مثل المحيط الحيوي المعقد؟ هل ستتمكن رحلة استكشافية بمشاركة بشرية من الذهاب إلى الكواكب البعيدة؟

رحلة مدى الحياة

إذا تمكنا من البدء في بناء سفينة بدون طيار اليوم، فإن الوضع مع السفينة المأهولة يكون أكثر تعقيدًا. بادئ ذي بدء، مسألة وقت الرحلة حادة. لنأخذ نفس نجم بارنارد. سيتعين على رواد الفضاء الاستعداد لرحلة مأهولة من المدرسة، لأنه حتى لو تم الإطلاق من الأرض في الذكرى العشرين لتأسيسهم، فإن المركبة الفضائية ستصل إلى هدف المهمة بحلول الذكرى السبعين أو حتى الذكرى المئوية (مع الأخذ في الاعتبار الحاجة إلى الكبح، وهو أمر غير ضروري في رحلة بدون طيار). إن اختيار الطاقم في سن مبكرة محفوف بعدم التوافق النفسي والصراعات الشخصية، وسن 100 لا يعطي الأمل في عمل مثمر على سطح الكوكب والعودة إلى الوطن.

ومع ذلك، هل هناك أي نقطة في العودة؟ تؤدي العديد من دراسات وكالة ناسا إلى نتيجة مخيبة للآمال: إن البقاء لفترة طويلة في انعدام الجاذبية سوف يدمر صحة رواد الفضاء بشكل لا رجعة فيه. وهكذا، فإن عمل أستاذ علم الأحياء روبرت فيتس مع رواد فضاء محطة الفضاء الدولية يظهر أنه حتى على الرغم من التمارين البدنية القوية على متن المركبة الفضائية، بعد مهمة مدتها ثلاث سنوات إلى المريخ، فإن العضلات الكبيرة، مثل عضلات الساق، ستصبح أضعف بنسبة 50٪. كما تنخفض كثافة المعادن في العظام بالمثل. ونتيجة لذلك، تنخفض القدرة على العمل والبقاء على قيد الحياة في المواقف القصوى بشكل كبير، وستكون فترة التكيف مع الجاذبية الطبيعية سنة على الأقل. إن الطيران في حالة انعدام الجاذبية لعقود من الزمن سوف يثير التساؤلات حول حياة رواد الفضاء. ربما يكون جسم الإنسان قادرا على التعافي، على سبيل المثال، أثناء الكبح مع زيادة الجاذبية تدريجيا. ومع ذلك، فإن خطر الوفاة لا يزال مرتفعا للغاية ويتطلب حلا جذريا.

يعد Stanford Tor عبارة عن هيكل ضخم يضم مدنًا بأكملها داخل حافة دوارة.

لسوء الحظ، فإن حل مشكلة انعدام الوزن على متن سفينة بين النجوم ليس بهذه البساطة. إن القدرة المتاحة لنا على خلق جاذبية اصطناعية عن طريق تدوير الوحدة السكنية تواجه عددًا من الصعوبات. لإنشاء جاذبية أرضية، حتى العجلة التي يبلغ قطرها 200 متر يجب أن تدور بسرعة 3 دورات في الدقيقة. مع هذا الدوران السريع، ستخلق قوة كاريوليس أحمالًا لا يحتملها الجهاز الدهليزي البشري على الإطلاق، مما يسبب الغثيان ونوبات دوار البحر الحادة. الحل الوحيد لهذه المشكلة هو ستانفورد تور، الذي طوره العلماء في جامعة ستانفورد في عام 1975. وهي حلقة ضخمة يبلغ قطرها 1.8 كيلومتر، ويمكن أن يعيش فيها 10 آلاف رائد فضاء. نظرًا لحجمها، فإنها توفر قوة جاذبية تتراوح من 0.9 إلى 1.0 جم وتوفر حياة مريحة جدًا للناس. ومع ذلك، حتى عند سرعات الدوران الأقل من دورة واحدة في الدقيقة، سيظل الأشخاص يشعرون بعدم الراحة المعتدلة ولكن الملحوظة. علاوة على ذلك، إذا تم بناء حجرة المعيشة العملاقة هذه، فحتى التحولات الصغيرة في توزيع وزن الطارة ستؤثر على سرعة الدوران وتسبب اهتزازات للهيكل بأكمله.

كما تظل مشكلة الإشعاع صعبة. وحتى بالقرب من الأرض (على متن محطة الفضاء الدولية)، لا يبقى رواد الفضاء أكثر من ستة أشهر بسبب خطر التعرض للإشعاع. يجب أن تكون المركبة الفضائية بين الكواكب مجهزة بحماية شديدة، لكن مسألة تأثير الإشعاع على جسم الإنسان تظل قائمة. على وجه الخصوص، خطر الإصابة بالسرطان، الذي لم يتم دراسة تطوره في حالة انعدام الجاذبية عمليا. في وقت سابق من هذا العام، نشر العالم كراسيمير إيفانوف من مركز الفضاء الألماني في كولونيا نتائج دراسة مثيرة للاهتمام حول سلوك خلايا سرطان الجلد (أخطر أشكال سرطان الجلد) في ظل انعدام الجاذبية. وبالمقارنة مع الخلايا السرطانية المزروعة في الجاذبية الطبيعية، كانت الخلايا المزروعة في بيئة منعدمة الجاذبية لمدة 6 و24 ساعة أقل عرضة للانتشار. يبدو أن هذه أخبار جيدة، ولكن للوهلة الأولى فقط. والحقيقة هي أن مثل هذا السرطان "الفضائي" يمكن أن يظل خاملاً لعقود من الزمن، وينتشر بشكل غير متوقع على نطاق واسع عندما يتعطل جهاز المناعة. بالإضافة إلى ذلك، توضح الدراسة أننا لا نزال نعرف القليل عن استجابة جسم الإنسان للتعرض لفترات طويلة للفضاء. اليوم رواد الفضاء يتمتعون بصحة جيدة اشخاص اقوياء، يقضون وقتًا قليلًا جدًا هناك لنقل تجربتهم إلى رحلة طويلة بين النجوم.

على أية حال، فإن السفينة التي تتسع لـ 10 آلاف شخص هي فكرة مشكوك فيها. لإنشاء نظام بيئي موثوق لعدد كبير من الناس، تحتاج إلى عدد كبير من النباتات، و60 ألف دجاجة، و30 ألف أرنب، وقطيع من الماشية. وهذا وحده يمكن أن يوفر نظامًا غذائيًا يحتوي على 2400 سعرة حرارية يوميًا. ومع ذلك، فإن جميع التجارب الرامية إلى إنشاء مثل هذه النظم البيئية المغلقة تنتهي دائمًا بالفشل. وهكذا، خلال أكبر تجربة "Biosphere-2" التي أجرتها شركة Space Biosphere Ventures، تم بناء شبكة من المباني المحكمية بمساحة إجمالية قدرها 1.5 هكتار تحتوي على 3 آلاف نوع من النباتات والحيوانات. كان من المفترض أن يصبح النظام البيئي بأكمله "كوكبًا" صغيرًا مكتفيًا ذاتيًا يسكنه 8 أشخاص. استمرت التجربة لمدة عامين، ولكن بعد بضعة أسابيع فقط بدأت مشاكل خطيرة: بدأت الكائنات الحية الدقيقة والحشرات تتكاثر بشكل لا يمكن السيطرة عليه، وتستهلك الأكسجين والنباتات بكميات كبيرة جدًا، كما اتضح أنه بدون الرياح، أصبحت النباتات هشة للغاية. ونتيجة لكارثة بيئية محلية، بدأ الناس يفقدون الوزن، وانخفضت كمية الأكسجين من 21% إلى 15%، واضطر العلماء إلى مخالفة شروط التجربة وتزويد "رواد الفضاء" الثمانية بالأكسجين والغذاء.

وبالتالي، فإن إنشاء أنظمة بيئية معقدة يبدو طريقة مضللة وخطيرة لتوفير الأكسجين والتغذية لطاقم مركبة فضائية بين النجوم. ولحل هذه المشكلة، ستكون هناك حاجة إلى كائنات حية مصممة خصيصًا بجينات معدلة يمكنها أن تتغذى على الضوء والنفايات والمواد البسيطة. على سبيل المثال، يمكن لورش العمل الحديثة الكبيرة لإنتاج طحالب شلوريلا الصالحة للأكل أن تنتج ما يصل إلى 40 طنًا من المعلق يوميًا. يمكن لمفاعل حيوي مستقل تمامًا يزن عدة أطنان أن ينتج ما يصل إلى 300 لتر من معلق الكلوريلا يوميًا، وهو ما يكفي لإطعام طاقم مكون من عشرات الأشخاص. لا تستطيع الكلوريلا المعدلة وراثيًا تلبية الاحتياجات الغذائية للطاقم فحسب، بل يمكنها أيضًا معالجة النفايات، بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون. اليوم، أصبحت عملية هندسة الطحالب الدقيقة وراثيًا شائعة، وهناك العديد من الأمثلة التي تم تطويرها لمعالجة مياه الصرف الصحي، وإنتاج الوقود الحيوي، وما إلى ذلك.

حلم متجمد

يمكن حل جميع المشكلات المذكورة أعلاه المتعلقة بالرحلة بين النجوم المأهولة تقريبًا باستخدام تقنية واحدة واعدة جدًا - الرسوم المتحركة المعلقة أو كما يطلق عليها أيضًا التجمد. Anabiosis هو تباطؤ عمليات الحياة البشرية عدة مرات على الأقل. إذا كان من الممكن إغراق شخص ما في مثل هذا الخمول الاصطناعي الذي يبطئ عملية التمثيل الغذائي 10 مرات، فخلال رحلة مدتها 100 عام، سيتقدم في السن أثناء نومه بمقدار 10 سنوات فقط. وهذا يسهل حل مشاكل التغذية وإمدادات الأكسجين والاضطرابات النفسية وتدمير الجسم نتيجة لتأثيرات انعدام الوزن. بالإضافة إلى ذلك، من الأسهل حماية المقصورة التي تحتوي على غرف متحركة معلقة من النيازك الدقيقة والإشعاع من منطقة كبيرة صالحة للسكن.

لسوء الحظ، فإن إبطاء عمليات الحياة البشرية مهمة صعبة للغاية. لكن في الطبيعة توجد كائنات حية يمكنها السبات وزيادة متوسط ​​عمرها المتوقع مئات المرات. على سبيل المثال، تستطيع سحلية صغيرة تسمى السمندل السيبيري الدخول في حالة سبات في الأوقات الصعبة والبقاء على قيد الحياة لعقود من الزمن، حتى عندما تتجمد في كتلة من الجليد بدرجة حرارة تقل عن 35-40 درجة مئوية. هناك حالات معروفة عندما قضى السلمندر حوالي 100 عام في حالة سبات، وكأن شيئًا لم يحدث، ذاب وهرب من الباحثين المتفاجئين. علاوة على ذلك، فإن متوسط ​​العمر المتوقع "المستمر" المعتاد للسحلية لا يتجاوز 13 عامًا. ترجع القدرة المذهلة للسلمندر إلى حقيقة أن الكبد يقوم بالتوليف عدد كبير منالجلسرين، ما يقارب 40% من وزن الجسم، وهو يحمي الخلايا من درجات الحرارة المنخفضة.

العائق الرئيسي أمام غمر الشخص في حالة التجميد هو الماء الذي يشكل 70٪ من جسمنا. وعند تجميدها تتحول إلى بلورات ثلجية، ويزداد حجمها بنسبة 10%، مما يؤدي إلى تمزق غشاء الخلية. بالإضافة إلى ذلك، عندما تتجمد الخلية، تهاجر المواد الذائبة داخل الخلية إلى الماء المتبقي، مما يؤدي إلى تعطيل عمليات التبادل الأيوني داخل الخلايا، فضلاً عن تنظيم البروتينات والهياكل الأخرى بين الخلايا. وبشكل عام فإن تدمير الخلايا أثناء التجميد يجعل من المستحيل عودة الإنسان إلى الحياة.

ومع ذلك، هناك طريقة واعدة لحل هذه المشكلة - هيدرات الكالثرات. تم اكتشافها في عام 1810، عندما أدخل العالم البريطاني السير همفري ديفي الكلور عالي الضغط إلى الماء وشهد تشكيل الهياكل الصلبة. وكانت هذه هيدرات الكالثرات - أحد أشكال جليد الماء، الذي يحتوي على غاز غريب. على عكس بلورات الجليد، فإن شبكات الكالثرات أقل صلابة، ولا تحتوي على حواف حادة، ولكنها تحتوي على تجاويف يمكن أن "تختبئ" فيها المواد داخل الخلايا. ستكون تقنية الرسوم المتحركة المعلقة بالكلاثرات بسيطة: غاز خامل، مثل الزينون أو الأرجون، تكون درجة الحرارة أقل بقليل من الصفر، ويبدأ التمثيل الغذائي الخلوي في التباطؤ تدريجيًا حتى يقع الشخص في حالة تجميد. لسوء الحظ، يتطلب تكوين هيدرات الكالثرات ضغطًا عاليًا (حوالي 8 أجواء) وتركيزًا عاليًا جدًا من الغاز المذاب في الماء. كيفية خلق مثل هذه الظروف في كائن حي لا تزال غير معروفة، على الرغم من وجود بعض النجاحات في هذا المجال. وبالتالي، فإن الكالثرات قادرة على حماية أنسجة عضلة القلب من تدمير الميتوكوندريا حتى في درجات الحرارة المبردة (أقل من 100 درجة مئوية)، وكذلك منع تلف أغشية الخلايا. لا يوجد حديث حتى الآن عن التجارب على الرسوم المتحركة المعلقة بالكالثرات عند البشر، نظرًا لأن الطلب التجاري على تقنيات التجميد صغير ويتم إجراء الأبحاث حول هذا الموضوع بشكل أساسي من قبل الشركات الصغيرة التي تقدم خدمات تجميد جثث الموتى.

الطيران على الهيدروجين

في عام 1960، اقترح الفيزيائي روبرت بوسارد المفهوم الأصلي للمحرك النووي الحراري النفاث، والذي يحل العديد من مشاكل السفر بين النجوم. والفكرة هي استخدام الهيدروجين والغبار بين النجوم الموجود في الفضاء الخارجي. تتسارع المركبة الفضائية التي تحتوي على مثل هذا المحرك أولاً باستخدام الوقود الخاص بها، ثم تفتح قمعًا ضخمًا من المجال المغناطيسي يبلغ قطره آلاف الكيلومترات، والذي يلتقط الهيدروجين من الفضاء الخارجي. يتم استخدام هذا الهيدروجين كمصدر لا ينضب للوقود لمحرك صاروخي اندماجي.

يعد استخدام محرك Bussard بمزايا هائلة. بادئ ذي بدء، بفضل الوقود "الحر"، من الممكن التحرك بتسارع ثابت قدره 1 غرام، مما يعني اختفاء جميع المشاكل المرتبطة بانعدام الوزن. بالإضافة إلى ذلك، يتيح لك المحرك التسارع بسرعات هائلة - 50٪ من سرعة الضوء وأكثر من ذلك. من الناحية النظرية، تتحرك السفينة المزودة بمحرك بوسارد بتسارع قدره 1 جرام، ويمكنها قطع مسافة 10 سنوات ضوئية في حوالي 12 سنة أرضية، وبالنسبة للطاقم، بسبب التأثيرات النسبية، ستمر 5 سنوات فقط من وقت السفينة.

لسوء الحظ، فإن الطريق إلى إنشاء سفينة بمحرك Bussard يواجه عددا من المشاكل الخطيرة التي لا يمكن حلها على المستوى التكنولوجي الحالي. بادئ ذي بدء، من الضروري إنشاء فخ عملاق وموثوق للهيدروجين، مما يولد مجالات مغناطيسية ذات قوة هائلة. وفي الوقت نفسه، يجب أن تضمن الحد الأدنى من الخسائر والنقل الفعال للهيدروجين إلى المفاعل النووي الحراري. إن عملية التفاعل النووي الحراري لتحويل أربع ذرات هيدروجين إلى ذرة هيليوم، التي اقترحها بوسارد، تثير العديد من الأسئلة. والحقيقة هي أن رد الفعل الأبسط هذا يصعب تنفيذه في مفاعل لمرة واحدة، لأنه يحدث ببطء شديد، ومن حيث المبدأ، ممكن فقط داخل النجوم.

ومع ذلك، فإن التقدم في دراسة الاندماج النووي الحراري يعطي الأمل بإمكانية حل المشكلة، على سبيل المثال، باستخدام النظائر "الغريبة" والمادة المضادة كمحفز للتفاعل.

حتى الآن، يكمن البحث حول موضوع محرك Bussard حصريًا في المستوى النظري. هناك حاجة إلى حسابات تعتمد على تقنيات حقيقية. بادئ ذي بدء، من الضروري تطوير محرك قادر على إنتاج طاقة كافية لتشغيل المصيدة المغناطيسية والحفاظ على التفاعل النووي الحراري، وإنتاج المادة المضادة والتغلب على مقاومة الوسط بين النجوم، مما سيؤدي إلى إبطاء "الشراع" الكهرومغناطيسي الضخم.

المادة المضادة للإنقاذ

قد يبدو هذا غريبًا، لكن البشرية اليوم أقرب إلى إنشاء محرك المادة المضادة منه إلى محرك بوسارد التضاغطي البديهي والذي يبدو بسيطًا.

سيكون للمسبار الذي طورته شركة Hbar Technologies شراع رفيع من ألياف الكربون مطلي باليورانيوم 238. وعندما يضرب الهيدروجين المضاد الشراع، فإنه سيدمر ويخلق قوة دفع نفاث.

نتيجة لإبادة الهيدروجين والهيدروجين المضاد، يتم تشكيل تيار قوي من الفوتونات، وسرعة التدفق التي تصل إلى الحد الأقصى لمحرك الصاروخ، أي. سرعة الضوء. يعد هذا مؤشرًا مثاليًا يسمح بتحقيق سرعات عالية جدًا بالقرب من الضوء لمركبة فضائية تعمل بالفوتون. لسوء الحظ، فإن استخدام المادة المضادة كوقود للصواريخ أمر صعب للغاية، لأنه أثناء الإبادة توجد رشقات نارية قوية من إشعاع جاما ستقتل رواد الفضاء. كما أنه لا توجد حتى الآن تقنيات لتخزين كميات كبيرة من المادة المضادة، وحقيقة تراكم أطنان من المادة المضادة، حتى في الفضاء البعيد عن الأرض، تشكل تهديدًا خطيرًا، حيث أن إبادة كيلوغرام واحد من المادة المضادة يعادل قنبلة نووية. انفجار بقوة 43 ميغا طن (انفجار بهذه القوة يمكن أن يحول الثلث إلى الأراضي الأمريكية الصحراوية). تكلفة المادة المضادة هي عامل آخر يعقد رحلة الطيران بين النجوم باستخدام الفوتون. تتيح تقنيات إنتاج المادة المضادة الحديثة إنتاج جرام واحد من الهيدروجين المضاد بتكلفة تصل إلى عشرات التريليونات من الدولارات.

ومع ذلك، فإن المشاريع البحثية الكبيرة حول المادة المضادة بدأت تؤتي ثمارها. حاليًا، تم إنشاء مرافق خاصة لتخزين البوزيترون، "الزجاجات المغناطيسية"، وهي عبارة عن حاويات يتم تبريدها بواسطة الهيليوم السائل مع جدران مصنوعة من المجالات المغناطيسية. وفي يونيو من هذا العام، تمكن علماء CERN من الحفاظ على ذرات الهيدروجين المضاد لمدة 2000 ثانية. يتم بناء أكبر مستودع للمادة المضادة في العالم في جامعة كاليفورنيا (الولايات المتحدة الأمريكية)، والذي سيكون قادرًا على تجميع أكثر من تريليون بوزيترون. أحد أهداف علماء جامعة كاليفورنيا هو إنشاء خزانات محمولة من المادة المضادة يمكن استخدامها لأغراض علمية بعيدًا عن المسرعات الكبيرة. يحظى المشروع بدعم البنتاغون، المهتم بالتطبيقات العسكرية للمادة المضادة، لذلك من غير المرجح أن تعاني أكبر مجموعة من الزجاجات المغناطيسية في العالم من نقص التمويل.

ستكون المسرعات الحديثة قادرة على إنتاج جرام واحد من الهيدروجين المضاد خلال عدة مئات من السنين. هذا وقت طويل جدًا، لذا فإن السبيل الوحيد للخروج هو تطوير تقنية جديدة لإنتاج المادة المضادة أو توحيد جهود جميع البلدان على كوكبنا. ولكن حتى في هذه الحالة متى التقنيات الحديثةلا يوجد ما يمكن أن نحلم به حتى بإنتاج عشرات الأطنان من المادة المضادة لرحلة مأهولة بين النجوم.

ومع ذلك، كل شيء ليس حزينا جدا. طور المتخصصون في وكالة ناسا العديد من التصاميم للمركبات الفضائية التي يمكن أن تذهب إلى الفضاء السحيق باستخدام ميكروغرام واحد فقط من المادة المضادة. وتعتقد وكالة ناسا أن المعدات المحسنة ستجعل من الممكن إنتاج البروتونات المضادة بتكلفة تبلغ حوالي 5 مليارات دولار للجرام الواحد.

تعمل شركة Hbar Technologies الأمريكية، بدعم من وكالة ناسا، على تطوير مفهوم المجسات غير المأهولة التي يقودها محرك يعمل بالهيدروجين المضاد. الهدف الأول لهذا المشروع هو إنشاء مركبة فضائية غير مأهولة يمكنها الطيران إلى حزام كويبر على مشارف النظام الشمسي في أقل من 10 سنوات. اليوم، من المستحيل الطيران إلى مثل هذه النقاط البعيدة خلال 5-7 سنوات، وعلى وجه الخصوص، سوف يطير مسبار نيوهورايزنز التابع لناسا عبر حزام كويبر بعد 15 عامًا من إطلاقه.

مسبار يسافر مسافة 250 وحدة فلكية. وفي غضون 10 سنوات، سيكون صغيرًا جدًا، بحمولة 10 ملغ فقط، ولكنه سيحتاج أيضًا إلى القليل من الهيدروجين المضاد - 30 ملغ. ومن المتوقع أن ينتج محرك "تيفاترون" تلك الكمية في غضون بضعة عقود، ويمكن للعلماء اختبار مفهوم المحرك الجديد في مهمة فضائية حقيقية.

تظهر الحسابات الأولية أيضًا أنه يمكن إرسال مسبار صغير إلى Alpha Centauri بطريقة مماثلة. على جرام واحد من الهيدروجين المضاد سيصل إلى نجم بعيد خلال 40 عامًا.

قد يبدو أن كل ما سبق خيال ولا علاقة له بالمستقبل القريب. لحسن الحظ، ليست هذه هي القضية. وفي حين يتركز اهتمام الرأي العام على الأزمات العالمية، وإخفاقات نجوم البوب، وغير ذلك من الأحداث الجارية، فإن مبادرات صنع العهد الجديد تظل في الظل. أطلقت وكالة الفضاء ناسا مشروع المركبة الفضائية الطموح لمدة 100 عام، والذي يتضمن الإنشاء التدريجي ومتعدد السنوات لأساس علمي وتكنولوجي للرحلات الجوية بين الكواكب وبين النجوم. هذا البرنامج ليس له مثيل في تاريخ البشرية وينبغي أن يجذب العلماء والمهندسين والمتحمسين للمهن الأخرى من جميع أنحاء العالم. تعقد ندوة في مدينة أورلاندو بولاية فلوريدا في الفترة من 30 سبتمبر إلى 2 أكتوبر 2011 لمناقشة تقنيات مختلفةرحلات الفضاء. واستنادًا إلى نتائج مثل هذه الأحداث، سيقوم متخصصو ناسا بوضع خطة عمل لمساعدة بعض الصناعات والشركات التي تعمل على تطوير تقنيات مفقودة حاليًا، ولكنها ضرورية للسفر بين النجوم في المستقبل. إذا نجح برنامج ناسا الطموح، فسوف تتمكن البشرية في غضون 100 عام من بناء مركبة فضائية بين النجوم، وسوف نتحرك حول النظام الشمسي بنفس السهولة التي نطير بها من قارة إلى قارة اليوم.

لا يمكن لأجيال من الناس الذين ينظرون إلى النجوم البعيدة إلا أن يتساءلوا عن وجود الكواكب هناك وظروف الحياة التي عرفوها. على مدى السنوات الـ 25 الماضية، حدثت ثورة في البحث عن الكواكب؛ فالآلاف منها معروفة بالفعل، وتم تأكيد وجودها، ومن بينها عوالم يحتمل أن تكون صالحة للسكن مماثلة للأرض. ولكن هل يمكننا الوصول إلى هناك؟ يسأل أحد القراء:

هل تعتقد أن الرحلات الجوية بين النجوم ممكنة (لأي حضارة). بالنسبة لي، هذا كل شيء الحلول الممكنة- هذه تذاكر ذهاب فقط.

أعتقد بالتأكيد أن السفر بين النجوم أمر ممكن. ولكن هناك أيضًا قيود، اعتمادًا على الطريقة التي نختارها.



المحرك الرئيسي للمكوك خلال اختبار الإطلاق، 1981

1) التقنيات التقليدية.

وباستخدام التقدم الذي تم تحقيقه اليوم، يمكننا نظريًا الوصول إلى نجم آخر. قم ببناء سفينة كبيرة بما يكفي لدعم حياة حضارة صغيرة - سفينة الأجيال - تصل سرعتها إلى عشرات أو مئات الكيلومترات في الثانية، وقم بزراعة طعامك وإعادة تدوير المياه. والبديل هو تطوير تكنولوجيا التجميد والذوبان المبردة، والتي يمكن من خلالها نقل الأشخاص والنباتات والكائنات الحية الأخرى في حالة معلقة وإحيائها عند وصولهم.

مسلسل تلفزيوني "تائه في الفضاء"، 1965-1968

المشاكل العادية مثل الاصطدامات مع الأجسام بين الكواكب وبين النجوم أو الكويكبات أو الكواكب هي في الواقع غير مهمة من الناحية العملية. وعلى الرغم من وجود العديد من هذه الأجسام، إلا أن كثافتها منخفضة جدًا لدرجة أن الاصطدامات النجمية نادرة للغاية، حتى على نطاق ملايين السنين. قد تستغرق مثل هذه الرحلة مئات الآلاف من السنين للوصول إلى أقرب نظام نجمي، ويبدو أنها ممكنة.

ولكن هذه في الواقع تذكرة ذهاب فقط، والحل غير مرض.

مفاعل الاندماج المنزلي، www.tidbit77.blogspot.com

2) التقنيات المستقبلية المبنية على الفيزياء المعروفة.

إذا أردنا النظر في إمكانيات تقنية أخرى، فسنجد طرقًا أفضل. على سبيل المثال:

تحسين الوقود. بدلاً من الصواريخ الكيميائية، التي تحول 0.001% من الكتلة إلى طاقة تستخدم للتسريع، يمكنك استخدام الوقود النووي (بكفاءة 1%)، أو حتى وقود المادة المضادة بكفاءة 100%.

تحسين الجر. إذا أمكن حمل كميات كبيرة من المادة والمادة المضادة على متن الطائرة كوقود، فسيكون من الممكن الاستمرار في تسريع الرحلة. وبما أن البشر يستطيعون تحمل، بل ويفضلون، قوة دفع مماثلة للجاذبية على الأرض، فيمكننا توجيه السفينة نحو هدفنا، وتشغيل المحركات بسرعة 9.8 م/ث 2، وإدارة المحركات في منتصف الطريق وتشغيلها مرة أخرى، مما يقلل السرعة حتى وصول.

تحسينات مؤقتة. ستقربنا مثل هذه الحركة من سرعة الضوء خلال بضع سنوات فقط من التسارع، وسنكون قادرين على الطيران إلى أي نجم تقريبًا خلال 20 إلى 40 عامًا فقط من السفر.

سيكون الأمر رائعًا ولن يتطلب بناء سفينة جيل. بالطبع، تحتاج السفينة إلى البقاء على قيد الحياة أثناء السفر بسرعات عالية جدًا عبر الوسط بين النجوم، لكن المجال المغناطيسي القوي بدرجة كافية وخريطة السحب الغازية التي يجب تجنبها سيساعداننا في ذلك. وإذا أتقننا أيضًا تقنية التجميد بالتبريد، فلن نحتاج حتى إلى أخذ موارد معنا بخلاف البذور للزراعة والبيض للنمو.

بوسارد نفاث بين النجوم

ماذا لو أردنا توسيع إمكانيات البشرية: شيء مثل ما يظهر في ستار تريك؟

المسارات البوهمية للإلكترون الذي يمر عبر شقين

3) تقنيات المضاربة.

هل يمكننا بناء ناقلة؟ هل محرك تشوه الفضاء ممكن؟ ماذا عن الاتصالات الفضائية الفرعية؟ حتى الآن، تعتبر هذه كلها تقنيات أحلام مبنية على الفيزياء النظرية الحديثة، لكن إمكانية وجودها في كوننا لم يتم تحديدها بعد.

من الناحية النظرية، يمكن للناقل استخدام التشابك الكمي لنقل أي نظام كمي من نقطة إلى أخرى، طالما أن الدالة الموجية للنظام لديها احتمال غير صفر للتواجد في مكان آخر. ولكن من غير المعروف حتى الآن ما إذا كان النظام العياني يمكن أن يتمتع بهذه الخاصية.

ويعتمد محرك التواء الفضاء والتواصل الفوري على انحناء الزمكان والقدرة على إرسال إشارة أو مادة عبر ذلك الفضاء دون تشويه أو تدمير. من حيث المبدأ، بالنسبة للنسبية العامة، من الممكن إيجاد حل يحدث فيه هذا. ومع ذلك، فمن غير الواضح ما إذا كان يمكن تحقيق ذلك في كوننا من أجل:

لم تكن بحاجة إلى طاقة مماثلة لتلك المخزنة في الشمس بأكملها؛
لن تؤدي قوى المد والجزر إلى تدمير المادة التي تحاول إرسالها عبر الفضاء المنحني؛
لا تهدم المادة بخلق فضاء منحني وتقويمه؛
بشكل عام، كان من الممكن ربط نقطتين بعيدتين جدًا في الفضاء.

رسم بياني رياضي لثقب شوارزشيلد الأسود

في الوقت الحالي، رغم أن الأمر قد يبدو مزعجًا، فمن الأفضل لنا أن نركز على جعل الرحلة ذات الاتجاه الواحد ممكنة. من الأفضل أن تطير إلى مكان ما بدلاً من مجرد الجلوس وانتظار ظهور شيء ما. تكنولوجيا جديدة، إذا كان مسموحًا به على الإطلاق في عالمنا. لكن لا تنغلق على أفكارك الجديدة، لأن ما يبدو غير مرجح اليوم يمكن أن يؤدي إلى تحقيق حلمنا بين النجوم. اطلب الدقة البدنية وكن متشككًا في الادعاءات غير العادية، لكن لا تنغلق على الاحتمالات. من المؤكد أن رحلتنا الأعظم إلى الكون ستحدث.