Насколько близко человечество сможет приблизиться к межзвездным космическим путешествиям в ближайшем будущем?

Давайте сделаем расчет или два, не так ли? ( Примечание: все, кто хочет пропустить скучную математику, могут просто прочитать нижнюю часть этого ответа. )

Нахождение скорости, к которой вы стремитесь:

Найдите энергию, необходимую для достижения этой скорости:

Мы можем сделать это? . . .

Согласно Википедии

В 2011 году общее мировое потребление энергии составило 549 эксаджоулей.

Умножьте это на 50 лет, и нам все равно не хватит.

Я полагаю, мы могли бы использовать шкалу Кардашева , чтобы выяснить, когда у человечества будет энергия с такой скоростью. Используя эту формулу:

и мы обнаруживаем, что должны быть цивилизацией Типа 1.03692. Учитывая, что в настоящее время мы являемся цивилизацией типа 0,7, мы должны достичь этого уровня примерно через 100–200 лет. Однако обратите внимание, что эта цифра относится к кораблю, использующему всю общую энергию человечества, что нереально. Однако это показывает, что какое-то время мы вообще не сможем использовать эту энергию .

Я также был бы признателен, если бы кто-нибудь мог проверить мои расчеты. Я использовал этот калькулятор логарифмов, если кто-то захочет его использовать. Коэффициенты конверсии можно легко найти в Интернете.

Какие основные препятствия человечеству придется преодолеть, чтобы достичь таких скоростей?

Если мы говорим исключительно о путешествии на этой скорости, т.е. если предположить, что со всем остальным мы разобрались, то главная проблема — это движение. Как показал приведенный выше результат (для тех, кто его пропустил, вам просто нужно знать, что нам потребуется много энергии , чтобы достичь таких скоростей), быстро путешествовать в космосе непросто. Вот несколько вариантов :

• Bussard Ramjet — возьмите газообразный водород, плавающий в межзвездном пространстве, сожгите его, начните синтез и преобразуйте его в тягу. Препятствия: он должен быть очень большим, и вы должны быть уверены, что в космосе есть водород. О, и вы должны освоить фьюжн.

• Nuclear Pulse — бросайте ядерные бомбы из задней части космического корабля и оседлайте ударные волны. Это использовалось в гипотетическом проекте «Дедал» и столь же гипотетическом проекте «Орион». Ни одна из идей не сдвинулась с мертвой точки (каламбур). Препятствия: Вы должны сделать множество ядерных бомб. Кроме того, вы должны найти нацию, которая готова пожертвовать кучей земли для стартовой площадки, потому что эта стартовая площадка и прилегающая территория будут полностью уничтожены.

  Как вариант, можно было просто использовать эту идею в космосе, как предложил Лохорис .

• Солнечный парус — оседлайте радиационное давление звезды с помощью паруса. Препятствия: Вы должны сделать и развернуть огромный парус шириной в километры. Кроме того, ускорение невероятно медленное.

• Ракета на антиматерии — лучшее я оставил напоследок. Соедините материю и антиматерию и используйте энергию аннигиляции. Препятствия: Очень дорого, потому что антивещество дорого. Кроме того, сначала вам придется сделать довольно много, хотя в какой-то момент вы можете начать двигаться по инерции. При этом нужно быть очень деликатным. Ооочень деликатный.

Скорее всего, колонизация космоса пойдет не так, как вы предполагаете.

На самом деле в пределах 1 светового года от Солнца могут быть сотни и тысячи планет. Если нет таких близких звезд , это не обязательно означает, что нет планет, как блуждающих, так и вращающихся вокруг Солнца. Статистика предсказывает, что блуждающих планет в галактике гораздо больше, чем звезд.

Таким образом, люди будущего могут не думать, что необходимо путешествовать к другим звездам до того, как они колонизируют хотя бы Солнечную систему. По мере ее исследования они находят все больше и больше пригодных для колонизации небесных тел, постепенно приближающихся к другим звездам.

Тяжело, но возможно.

$15ly$в$50$годы потребуются$0.3$раз превышает скорость света. Чтобы достичь этой скорости, мы могли бы ускориться с$4g\approx 40m/s^2$на 26 дней (или 51 день с$20m/s^2$или 13 с$80m/s^2$.. последний был бы очень неудобен для пассажиров).

Сколько энергии потребуется? Давайте придерживаться$150000$тонн. Так что это$E_1=\frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{2}m(0.3c)^2\approx6e23\,\text{Joule}$. Если мы используем релятивистские формулы, нам потребуется$6.5e23 \text{Joule}$. Достаточно близко для наших оценок. Но ждать! Теперь мы достигаем целевой системы, но по-прежнему путешествуем со скоростью, заметно меньшей скорости света. Нам нужно избавиться от этой скорости и снова нуждаться в таком же количестве энергии. Это суммирует$E=E_1\times 2=1.2e24 \text{Joule}$. Между прочим, это почти 8 тонн антивещества.

Как мы получаем энергию? Давайте попробуем солнечную энергию. Солнечная постоянная$E_0=1367\frac{W}{m^2}$рядом с землей. Эта константа обратно пропорциональна квадрату расстояния до солнца. В$0.1AE$(примерно треть расстояния от Солнца до Меркурия), его$E_{0}^\text{Mercury}=137\frac{kW}{m^2}$. Чтобы получить достаточно энергии за один год, нам нужно покрыть площадь$\frac{E}{E_{0}^\text{Mercury}}\times \text{seconds per year}\approx 7e12m^2$(это около$2700km \times 27000km$- сложно, но возможно). Однако вы должны масштабировать его для общих потерь из-за конверсии и неэффективности. Есть и другие способы вроде термоядерных реакторов, магического холодного синтеза и т. д. На ваш выбор.

Теперь самое сложное: как преобразовать энергию в скорость?

• Солнечные панели ? Ускорение в нашей Солнечной системе мучительно медленное и уменьшается с квадратом расстояния (удвоение расстояния, ускорение уменьшается в 4 раза).
• Вы не хотите использовать FTL, поэтому вы не можете изобрести классический варп-двигатель. Может быть, вы можете изобрести что-то вроде деформации медленнее света, но это сделает все расчеты бесполезными, поскольку об этом ничего не известно. Если вы хотите придерживаться жесткой SciFi без деформации, вам нужно что-то, что выматывает вас, чтобы подтолкнуть вас вперед.
• О классических прямоходных приводах также не может быть и речи. Взгляните на уравнение ракеты . Ракета Ariane 5 имеет удельный импульс$440s$. Складываем наши числа, получаем массу вокруг$e^{20850}kg$- может обрабатывать более чем двойная точность. Вам нужно что-то оттолкнуть с заметной долей$c$.
• Идея с ядерными бомбами (антивеществом?), толкающими вас вперед, заманчива. Но взрывы — это короткие очереди, и нам нужно их много в течение длительного времени (помните$4g$более 26 дней?). Это большая проблема для конструкции вашего космического корабля.
• Я думаю, вы должны изобрести что-то новое, например крупномасштабный ускоритель частиц, выбрасывающий материю со скоростью света. Вам все еще нужно довольно много этих частиц ... для необходимого$\Delta v=0.6c$ $0.8$раз больше массы вашего корабля -$123'000t$. Не забудьте масштабировать свои солнечные батареи.

Каждый известный мне научный фантаст, стремящийся к другим солнечным системам — даже самым сложным — имеет какое-то волшебное устройство/двигатель, за которым не стоит настоящая наука (варп-двигатель, варп-туннели, мгновенная телепортация за световые годы, ...). Я не думаю, что вы можете обойти это.

Теперь социальная составляющая. Попробуйте криокамеры для сна, это проще всего (я больше технарь).

Итак, лучшие и наиболее просвещенные ответы здесь рассматривали количество энергии, необходимое для преодоления этих расстояний.

Если вы хотите сократить сотни лет, которые нам потребуются, чтобы добраться до этого момента, вы можете попробовать следующее:

• Внешнее влияние

Кто-то вроде вулканцев прилетает к нам с другой планеты и делится передовыми технологиями космических полетов. Или, возможно, мы крадем технологию после их визита.

• Подарок из космоса

Что-то вроде метеорита падает на Землю, неся большое количество какого-то нового типа горючего, более эффективного, чем все, что есть на Земле.

• Путешествие во времени

Люди из далекого будущего приходят в наше время, чтобы поделиться с нами передовыми технологиями, необходимыми для космических полетов.

• Послания из космоса

Раса пришельцев присылает нам чертежи межзвездных кораблей.

• Неизвестная технология

В какой-то момент в недалеком будущем совершается прорыв, который меняет наше понимание Пространства и Времени, позволяя нам быстрее достичь этого уровня технологий.

Да, исходя из наших расчетов потребности в энергии, которые верны, и по шкале Кардашева от 300 до 350 лет было бы хорошим предположением.

Это было бы для субсветового звездолета, использующего 7 x 10 ^ 24 джоулей ... вероятно, на термоядерном топливе. Все еще очень «предварповый», поскольку варп-двигатель, вероятно, потребует цивилизации Кардашева среднего уровня второго уровня ...

Хотя, как заявил Ник Р., новые «множественные» открытия, приводящие к сдвигам парадигмы, могут ускорить создание корабля типа «Дедал», возможно, сократив на 100 лет эту оценку в 300–350 лет...

С электромагнитным двигателем, таким как VASIMIR , и небольшим симпатичным ядерным реактором, таким как SNAP , у вас будет больше 50 лет для запуска беспилотного зонда. Хорошо, вам все еще нужен легкий генератор мощностью более 200 Вт.

Пилотируемый зонд? Подумайте еще раз. И забудьте о транспортировке оборудования для терраформирования. Зонд с десятикратно улучшенной скоростью выхлопа от VASIMIR (500 км/с вместо 50 км/с, что не слишком амбициозно для 50-летнего имо) должен иметь коэффициент полезной нагрузки менее 1%, чтобы достичь 0,01 c.

При скорости 1000 км/с вещи будут выглядеть так, как будто они становятся практически полезными, например, имея достаточно топлива для замедления после круиза (начальный коэффициент полезной нагрузки для ускорения равен квадратному корню из абсолютного коэффициента полезной нагрузки). Но все же больше похоже на 250 лет времени в пути. По общему признанию, здесь вам понадобится термоядерный реактор. Помимо гораздо более высокой эффективности (энергия на кг топлива), у него есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что вы можете использовать термоядерный продукт в качестве дополнительной движущей силы.

Полезно: http://www.wolframalpha.com/input/?i=rocket+speed

Одна единая теория поля предполагает 11 измерений. Если это так, возможно, можно было бы пройти трехмерное расстояние, пройдя через одно или несколько высших измерений. Складывание пространства или складывание себя, чтобы скользить между измерениями. Вам могут понадобиться ворота, чтобы обеспечить обратную поездку, если только устройство не достаточно маленькое, чтобы взять его с собой.

НАСА планирует построить свой варп-корабль к 2100 году, поэтому маловероятно, что мы будем пытаться совершать какие-либо межзвездные путешествия, пока это не окажется неосуществимым. Учитывая, что в качестве отправной точки мы должны ожидать неудачи в вашей вселенной.

Миссия на Марс запланирована на середину 2030-х годов и может быть отложена на целое десятилетие. Затем вы можете ожидать, по крайней мере, десятилетие или два, связанных с Марсом.

Это ставит вас в 2050 году, прежде чем мы приступим к крупномасштабным испытаниям варпа. Я ожидаю, по крайней мере, 10-30 лет испытаний, и это дает нам дату 2080 года, когда начнут планироваться зонды и тому подобное.

в течение 10 или 2 лет мы запустим зонды, которые будут оснащены ионными двигателями, солнечными парусами или чем-то еще, и в пределах 50-100 световых лет есть много звезд, и до каждой нужно более 8 лет, чтобы добраться до них, и 4 года, чтобы добраться до них. общаться обратно. 12 лет - это минимум для этого, а это значит, что вы сейчас в 2112 году, прежде чем мы получим информацию о какой-либо звезде. Предполагая идеальное попадание, у нас есть десятилетие или два, чтобы спланировать миссию, и более 8 лет, чтобы добраться до планеты, потому что кораблю, вероятно, придется двигаться медленнее, но забывая об этом, минимальное время в году, которое мы приземлиться на другой планете, чтобы колонизировать ее, это 2140 год, если у нас нет варпа.

По иронии судьбы, Warp, вероятно, отодвинет это, потому что тогда мы не будем спешить с колонизацией, потому что время на самом деле не будет такой большой проблемой, и вы столкнетесь с тем, что скорость кораблей будет постоянно опережать друг друга, поэтому лучше построить значительно продвинутый варп-корабль, где опережающее развитие не имело бы значения.

Более реалистичным графиком будет 2200-е или 2300-е просто для того, чтобы вернуть все данные и провести много испытаний судов ближнего радиуса действия в течение более длительных периодов, чтобы убедиться, что они доберутся туда, куда должны идти, а также транспортируют строительные материалы.