Каковы наиболее реалистичные способы высокоскоростного космического движения?

Во многом это вопрос технологии, а не физики, но давайте посмотрим на некоторые ограничения, налагаемые физикой.

• Для ракет важны два числа: скорость относительно космического корабля, с которой может быть выброшено топливо (называемая удельным импульсом), и доля исходной массы, приходящаяся на топливо. При очень больших массовых долях космический аппарат может иметь дельту V, в несколько раз превышающую удельный импульс. Это означает, что если вы планируете остановиться на другом конце, ваша максимальная скорость, возможно, вдвое превышает удельный импульс. Если вам нужно вернуться домой без дозаправки, то во всем есть определенный импульс.

Это убийца для ракет с быстрым горением. Мы до сих пор используем их для запуска с поверхности, потому что они могут развивать необходимую тягу (наши высокоэффективные двигатели (ионные двигатели и им подобные) в настоящее время все имеют малую тягу).

Это предполагает одну из двух стратегий:

1. Оставьте свой двигатель позади. Это механизм, используемый лазерными парусами, звездными огоньками и т. д.
2. Забирайте топливо на ходу. Стратегия баранов-совков.

Парусная технология — по крайней мере, в принципе — находится в пределах досягаемости нашей текущей компетенции, но создание и эксплуатация паруса, способного к эффективному межзвездному путешествию, выходит за рамки текущего валового планетарного продукта. Звездные огоньки являются разновидностью парусов, но требуют значительных знаний в области нанотехнологий, прежде чем их можно будет использовать даже для исследования.

Второй недостаток парусов для личного путешествия в другое место заключается в том, что вы рассчитываете на политиков и политиков, которых вы оставили, чтобы продолжить финансировать ваше путешествие...

Бараньи черпаки - большая неизвестность, так как мы пока не знаем, как их строить. Расчет BOTE для минимального наивного ковша с водородным синтезом ограничивает их максимальную скорость примерно 14% от c (при предположении о максимальном сопротивлении, что топливо должно быть остановлено относительно корабля).

Пару лет назад я написал полупопулярную книгу на эту тему:

http://www.amazon.com/Can-Star-Systems-Be-Explored/dp/9812706178/ref=sr_1_3?ie=UTF8&s=books&qid=1297567209&sr=8-3

Многое из этого было проработано. Я иллюстрирую релятивистскую ракету и фотонный парус. Фотонный парус, безусловно, самый разумный из этих двух. Я также предлагаю использовать нанозонды с электромагнитным ускорением, когда миллионы крошечных зондов отправляются к другой звезде, с перспективой того, что некоторые из них могут открыть там магазин и создать своего рода колонию роботов. Солнечный парус способен достигать$\gamma~=~1.4$, или .$69c$, хотя более реалистичная цифра$\gamma~=~1.15$или около$v~=~.5c$. Этот анализ включает красное смещение света на раме парусника и так далее. Для этого необходимо разместить в пространстве большие линзы Френеля, которые коллимируют свет по направлению к парусу.

Нет особого смысла отправлять зонды к внесолнечным системам быстрее, чем$\gamma~=~2$, или$v~=~.86c$. Экономия времени становится меньше, а затраты энергии огромны. А$\gamma~=~2$зонд имеет столько же кинетической энергии, сколько его масса покоя, что было бы значительным подвигом. В$.5c,~.7c$, и$.86c$зонды могут быть отправлены в межзвездное окружение, а сигналы возвращены в разумные сроки.

Концепция прямоточного воздушно-реактивного двигателя полезна ИМО по одной основной причине. Предположим, что на космический корабль с ускорением в единицу силы тяжести или больше были упакованы различные инструменты. Эти инструменты смотрят на реликтовое излучение и, возможно, на детекторы частиц. Машина достигает высокого$\gamma$чтобы исследовать вселенную такой, какой она была раньше. Реликтовое излучение будет сдвинуто в голубую сторону в ИК, и, возможно, другие детекторы могут обнаруживать слабо взаимодействующие частицы, которые проходят через период, в котором доминирует раннее излучение во Вселенной. Это довольно умозрительно, но, возможно, не невозможно в принципе.

Самый реальный способ — избавиться от людей и позволить путешествовать роботам. Они не едят и могут провести 1 000 000 лет в полете, не слишком скучая. Этот путь достижим даже с современными технологиями. ;-)

Чтобы сделать космические путешествия действительно доступными, единственным реальным способом является использование термоядерных взрывов. Эта технология относительно дешева и доступна, но она опасна и должна строго контролироваться крупными стабильными правительствами. Это делает его недоступным для коммерческой разработки, и существуют хорошо известные проблемы с эффективностью проектов, контролируемых государством. Это делает маловероятным, что мы увидим такую ​​вещь, реализованную в ближайшее время или хорошо реализованную. Поскольку это проблема политической организации человека, а не технологии, я не буду обсуждать ее дальше.

Игнорируя политику и экономику, проект « Орион» предлагал корабль, приводимый в движение продуктами термоядерного взрыва, который производит абляционные давления продуктов при температурах, которые просто недостижимы для любого химического топлива. Эта технология никоим образом не является спекулятивной, и она, безусловно, позволяет совершить реальное экономическое путешествие в любую точку Солнечной системы в течение нескольких недель. Большой «Орион» может быть размером с офисное здание, он может быть защищен от космического излучения и может быть построен за несколько лет за несколько миллиардов долларов без каких-либо технологических инноваций.

Идея о том, что дальнейшие научные открытия будут лучше, чем у Ориона, не очень реалистична. На самом деле замечательно, что мы умеем делать устройства Теллера-Улама. Когда сегодня люди рассматривают вещи типа Ориона, они мечтают о термоядерном синтезе с инерционным удержанием, но даже если это сработает, потребуется огромный лазер на корабле, который будет тяжелым и потребует, чтобы корабль нес смехотворно большую мощность… источник. Инерционное удержание тоже мечта. Но взрывы, запускаемые плутонием, — это реальность, и отказ от мирного применения этой технологии кажется расточительством из-за кошмаров времен холодной войны, которые были у всех.

Я полагаю, что можно было бы разработать какой-то подход, похожий на рогатку, наряду с каким-то другим подходом, использующим гравитационное притяжение звезд. Я думаю, лучше всего рассмотреть технологии, которые еще предстоит открыть или разработать. Нынешняя дискуссия кажется ограниченной существующей теорией. Подумайте, если бы подобное обсуждение происходило 100 лет назад о размещении всех моих записей фонографа в одном устройстве, которое я мог бы носить с собой и слушать по своему усмотрению другой выбор в нем. Мы могли бы очень легко обсуждать мини-пластинки, сложенные в трубку с несколькими иглами на каждом диске. Технология того, что станет MP3-плеером, никому не придет в голову при обсуждении. Вот почему мне нравится — и хорошо — научная фантастика, которая пытается предложить теорию, выходящую далеко за рамки современного и общепринятого понимания. Я'

Интересный вопрос для любителей фантастики. С тех пор, как струны стали выглядеть как Теория Всего, я был очарован дополнительными измерениями. Это аналогия муравья в двумерном лабиринте. Если он увидит третье измерение, он сможет перелезть через него и оказаться в миллионах муравьиных миль от его двухмерного пути к этой точке.

Таким образом, TOE будет очень забавным, как только он будет найден и установлен. Даже если все дополнительные измерения закручены, каждая частица в наших четырех измерениях существует также и в этих закрученных измерениях. Кто знает, что будущее может принести в технологии. В таком случае лучше всего пойти на полную катушку и найти TOE, прежде чем начинать эти путешествия, беспокоясь о топливе.