Kapan perjalanan antarbintang bisa dilakukan? Penerbangan antarbintang. Sebuah kapal seukuran planet

Ungkapan “Terbang ke Bulan” membangkitkan asosiasi yang berada di ambang fantasi bagi sebagian besar dari kita, hanya sebanding dengan proyek seperti Apollo 11 untuk mengantarkan manusia ke permukaan Bulan. Inisiatif Terobosan Starshot membawa kita lebih jauh dari Bulan karena bertujuan untuk melakukan perjalanan ke tata surya terdekat.

Perjalanan antarbintang:

Gagasan Yuri Milner: inovator tekno miliarder kelahiran Rusia, Breakthrough Starshot adalah diumumkan pada konferensi pers pada bulan April 2016 dengan partisipasi ilmuwan terkenal seperti Stephen Hawking dan Freeman Dyson. Inti dari teknologi ini adalah sebagai berikut: ribuan keping berbentuk pelat yang ditempelkan pada layar besar berwarna perak akan ditempatkan di orbit Bumi. Kemudian layar ini akan benar-benar didorong ke luar angkasa oleh pancaran sinar laser yang diarahkan dari tanah.

Hanya dalam dua menit aksi laser yang ditargetkan, layar luar angkasa akan mencapai 1/5 kecepatan cahaya - 1000 kali lebih cepat daripada kecepatan yang pernah dicapai objek makroskopis.

Selama dua puluh tahun penerbangannya, kapal tersebut akan mengumpulkan data tentang ruang antarbintang. Setelah mencapai konstelasi Alpha Centauri kamera onboard akan mengambil serangkaian gambar presisi tinggi dan mengirimkannya ke Bumi. Hal ini akan memberi kita kesempatan untuk melihat planet tetangga terdekat kita dan memahami seberapa cocok mereka untuk kolonisasi.

Tim di balik Breakthrough Starshot sama mengesankannya dengan idenya sendiri. Dewan direksi termasuk Milner, Hawking dan Mark Zuckerberg. Mantan kepala Pusat Penelitian Ames NASA Pete Worden ditunjuk sebagai direktur eksekutif (S.Pete Worden). Peserta lainnya termasuk peraih Nobel dan penasihat lain pada proyek Terobosan. Milner berjanji untuk menginvestasikan 100 juta dolar miliknya untuk memulai proyek tersebut dan selama beberapa tahun ke depan akan mengumpulkan 10 miliar dolar lagi dengan bantuan rekan-rekannya.

Sekilas mungkin tampak seperti fiksi ilmiah, meski sebenarnya tidak ada kendala ilmiah dalam pelaksanaan proyek ini. Ini tidak berarti semuanya akan terjadi besok. Agar Terobosan Menuju Bintang berhasil, diperlukan sejumlah penemuan ilmiah. Peserta proyek dan konsultan mengharapkan pertumbuhan eksponensial dalam teknologi yang akan memungkinkan Breakthrough Starshot selama 20 tahun ke depan.

Deteksi planet ekstrasurya

Exoplanet mencakup semua planet di luar tata surya kita. Meskipun penemuan pertama terjadi pada tahun 1988, per 1 Mei 2017, 3.608 exoplanet telah ditemukan di 2.702 tata surya. Beberapa planet sangat mirip dengan planet kita, sementara yang lain memiliki sejumlah fitur unik, seperti cincin yang 200 kali lebih lebar dari cincin Saturnus kita.

Alasan ledakan penemuan ini adalah terobosan kuat dalam peningkatan teknologi teleskopik.

100 tahun yang lalu, teleskop terbesar di dunia adalah Teleskop Hooker, dengan lensa berdiameter 2,5 meter. Saat ini, European Southern Observatory memiliki kompleks empat teleskop, masing-masing berdiameter 8,2 meter. Ini dianggap sebagai struktur berbasis darat terbesar untuk studi astronomi, menerbitkan rata-rata satu dokumen ilmiah yang ditinjau oleh rekan sejawat per hari.

Para ilmuwan juga menggunakan MBT () dan alat khusus untuk mencari planet berbatu di zona “layak huni” (memungkinkan air cair) di tata surya lainnya. Pada Mei 2016, dengan menggunakan TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), para peneliti di Chile menemukan tujuh exoplanet seukuran Bumi di zona layak huni.

Sementara itu, pesawat ruang angkasa Kepler NASA, yang dibuat khusus untuk tujuan tersebut, telah mengidentifikasi lebih dari 2.000 exoplanet. Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST), yang dijadwalkan diluncurkan pada Oktober 2018, akan membuka peluang yang belum pernah ada sebelumnya untuk menguji keberadaan kehidupan di planet ekstrasurya. “Jika planet-planet ini memiliki atmosfer, teleskop Webb akan menjadi kunci untuk mengungkap rahasianya,” kata Doug Hudgins, ilmuwan program planet ekstrasurya NASA di kantor pusatnya di Washington.

Biaya peluncuran

Kapal induk Starshot akan diangkat dari tanah dengan kendaraan peluncur dan kemudian melepaskan seribu lempengan kecil ke luar angkasa. Biaya peluncuran muatan dengan roket sekali pakai terlalu tinggi, namun perusahaan seperti SpaceX dan Blue Origin menunjukkan harapan nyata dalam menggunakan roket yang dapat digunakan kembali yang akan mengurangi biaya peluncuran secara signifikan. SpaceX telah mampu mengurangi biaya peluncuran Falcon 9 sebesar $60 juta. Dengan meningkatnya pangsa perusahaan antariksa swasta di pasar global, peluncuran roket yang dapat digunakan kembali akan menjadi lebih mudah diakses dan lebih murah.

Pelat bintang

Setiap wafer 15mm harus mengakomodasi berbagai perangkat elektronik yang kompleks, seperti navigator, kamera, laser komunikasi, baterai radioisotop, kamera multipleks, dan kamera antarmuka. Kemungkinan untuk mengemas seluruh pesawat ruang angkasa ke dalam piring kecil dijelaskan oleh pengurangan eksponensial dalam ukuran sensor dan chip.

Pada tahun 1960an, chip komputer pertama terdiri dari beberapa transistor. Saat ini, berkat Hukum Moore, kita dapat memasukkan miliaran transistor ke dalam satu chip. Kamera digital pertama berbobot 8 pon dan memotret 0,01 megapiksel. Kini kamera digital yang mengambil gambar berwarna 12 megapiksel berkualitas tinggi dimasukkan ke dalam ponsel cerdas dengan sejumlah sensor lain seperti GPS, akselerometer, dan giroskop. Dengan munculnya satelit-satelit kecil yang menyediakan data lebih baik, kami melihat semua perbaikan ini diterapkan pada eksplorasi ruang angkasa.

Agar Starshot berhasil, kita memerlukan chip tersebut dengan berat sekitar 0,22 gram pada tahun 2030. Jika laju perbaikan terus berlanjut, proyeksi menunjukkan hal ini sangat mungkin terjadi.

Layar ringan

Layar harus terbuat dari bahan yang sangat reflektif (untuk mendapatkan akselerasi maksimal dari laser), daya serap minimal (sehingga tidak terbakar karena panas), dan juga sangat ringan (memungkinkan akselerasi cepat). Ini adalah kombinasi yang sangat kompleks dan belum ditemukan bahan yang cocok.

Penggunaan otomatisasi kecerdasan buatan akan mempercepat penemuan material tersebut. Inti dari otomatisasi adalah mesin akan mampu menghasilkan perpustakaan yang berisi puluhan ribu materi untuk pengujian. Hal ini akan memudahkan para insinyur dalam memilih opsi terbaik untuk penelitian dan pengembangan.

Baterai

Meskipun Starchip akan menggunakan baterai radioisotop nuklir kecil untuk perjalanan 24 tahun, kita masih memerlukan baterai kimia konvensional untuk lasernya. Laser akan mengeluarkan energi dalam jumlah besar dalam waktu singkat, yang berarti dayanya harus dijaga sedekat mungkin.

Kapasitas baterai meningkat rata-rata 5-8% per tahun; Kita sering tidak menyadarinya karena konsumsi energi gadget meningkat secara proporsional, sehingga masa pakainya secara keseluruhan tetap sama. Jika dinamika peningkatan baterai terus berlanjut, dalam 20 tahun baterai akan meningkat 3-5 kali lipat dari kapasitasnya saat ini. Harapan ini bergantung pada inovasi Tesla-Solar City dari investasi teknologi baterai. Perusahaan-perusahaan di Kauai telah memasang sekitar 55.000 baterai untuk memberi daya pada sebagian besar infrastruktur mereka.

laser

Ribuan laser yang kuat akan digunakan untuk mempercepat layar hingga kecepatan cahaya.

Teknologi laser mengikuti Hukum Moore dengan kecepatan yang sama seperti sirkuit terpadu, memotong setengah rasio biaya terhadap daya setiap 18 bulan. Dekade terakhir khususnya telah menyaksikan lonjakan skala daya untuk dioda dan laser serat, dengan yang pertama mampu memeras 10 kilowatt dari serat mode tunggal pada tahun 2010 dan 100 kilowatt beberapa bulan kemudian. Seiring dengan tenaga konvensional, kita juga perlu meningkatkan teknologi fusi laser array bertahap.

Kecepatan

Kemampuan kita untuk bergerak cepat, bergerak cepat... Pada tahun 1804, lokomotif uap pertama ditemukan, mencapai kecepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya yaitu 110 km/jam. Pesawat luar angkasa Helios 2 memecahkan rekor ini pada tahun 1976, bergerak menjauhi Bumi dengan kecepatan 356.040 km/jam. 40 tahun kemudian, pesawat ruang angkasa New Horizons mencapai kecepatan heliosentris hampir 45 km/s atau 160.000 km/jam. Namun meski dengan kecepatan tersebut, akan memakan waktu yang sangat lama untuk mencapai Alpha Centauri, yang berjarak lebih dari empat tahun cahaya.

Meskipun percepatan partikel subatom hingga mencapai kecepatan cahaya merupakan hal biasa pada akselerator partikel, hal ini belum pernah dicapai oleh objek makroskopis. Mencapai 20% kecepatan cahaya saja untuk Starshot berarti peningkatan kecepatan 1000 kali lipat dari apa pun yang pernah dibuat oleh manusia.

Penyimpanan data

Dasar komputasi adalah kemampuan untuk menyimpan informasi. Starshot mengandalkan pengurangan biaya dan ukuran memori digital untuk memastikan adanya kapasitas yang cukup untuk menyimpan program dan gambar yang diambil dalam sistem Alpha Centauri dan planet-planetnya.

Harga memori telah turun secara eksponensial selama beberapa dekade: pada tahun 1970, satu megabyte berharga sekitar satu juta dolar; Sekarang sekitar 0,1 sen. Ukuran penyimpanan juga menyusut, dari hard drive 5 megabyte yang dilengkapi dengan forklift pada tahun 1956 menjadi USB flash drive 512 gigabyte yang sekarang tersedia dengan berat hanya beberapa gram.

Koneksi

Setelah gambar pertama diterima, Starchip akan mengirimkannya ke Bumi untuk diproses.

Sejak Alexander Graham Bell menemukan telepon pada tahun 1876, telekomunikasi telah berkembang pesat. Kecepatan internet rata-rata di Amerika saat ini adalah sekitar 11 megabit per detik. Bandwidth dan kecepatan yang dibutuhkan Starshot untuk mengirim gambar digital dalam jarak empat tahun cahaya (atau 20 triliun mil) akan membutuhkan teknologi komunikasi terkini.

Salah satu teknologi yang menjanjikan adalah Li-Fi, koneksi nirkabel 100 kali lebih cepat dibandingkan Wi-Fi. Yang kedua adalah serat optik, yang kini memungkinkan transmisi 1,125 terabit per detik. Selain itu, terdapat perkembangan di bidang komunikasi kuantum, yang tidak hanya sangat cepat, tetapi juga benar-benar aman.

Pengolahan data

Langkah terakhir dalam proyek Starshot adalah menganalisis data yang diterima dari pesawat luar angkasa. Taruhannya adalah pada peningkatan eksponensial dalam daya komputasi dengan peningkatan triliunan kali lipat dalam 60 tahun ke depan.

Pengurangan biaya yang cepat saat ini sebagian besar terkait dengan perkembangan komputasi awan. Melihat ke masa depan, metode pemrosesan informasi kuantum menjanjikan peningkatan kekuatan ribuan kali lipat pada saat data pertama diterima dari Starshot. Prosesor canggih seperti itu akan memungkinkan dilakukannya simulasi dan analisis ilmiah yang kompleks terhadap sistem bintang terdekat.

Berlangganan berita wisata luar angkasa dan cari tahu segala sesuatu tentang cara terbang ke luar angkasa sekarang! Elon Musk menyetujui.

Akankah kita benar-benar dapat menjangkau planet tak dikenal di luar tata surya? Bagaimana ini mungkin?

Para penulis dan pembuat film fiksi ilmiah, tentu saja, hebat, mereka melakukan pekerjaan dengan baik. Anda benar-benar ingin percaya pada cerita penuh warna di mana orang menaklukkan sudut terjauh ruang angkasa. Sayangnya, sebelum gambaran ini menjadi kenyataan, kita harus mengatasi banyak keterbatasan. Misalnya hukum fisika yang kita lihat sekarang.

Tetapi! Dalam beberapa tahun terakhir, beberapa organisasi sukarelawan dan yang didanai swasta telah muncul (Tau Zero Foundation, Project Icarus, Project Breakthrough Starshot), masing-masing dengan tujuan menciptakan transportasi untuk penerbangan antarbintang dan membawa umat manusia lebih dekat untuk menaklukkan Alam Semesta. Harapan dan keyakinan mereka akan kesuksesan diperkuat dengan kabar positif, misalnya planet seukuran Bumi yang mengorbit bintang Proxima Centauri.

Penciptaan pesawat luar angkasa antarbintang akan menjadi salah satu topik diskusi di KTT Dunia Masa Depan BBC "Ide yang Mengubah Dunia" di Sydney pada bulan November. Akankah manusia dapat melakukan perjalanan ke galaksi lain? Dan jika ya, jenis pesawat luar angkasa apa yang kita perlukan untuk ini?

Kemana kita harus pergi?

Ke mana tidak layak untuk terbang? Jumlah bintang di alam semesta lebih banyak dibandingkan jumlah butiran pasir di Bumi—sekitar 70 sextillion (yaitu 22 angka nol setelah tujuh)—dan para ilmuwan memperkirakan miliaran bintang memiliki satu hingga tiga planet yang mengorbit di wilayah yang disebut “zona Goldilocks”. : suhunya tidak terlalu dingin dan tidak terlalu panas. Tepat sekali.

Sejak awal hingga sekarang, kandidat terbaik untuk penerbangan antarbintang pertama adalah tetangga terdekat kita, sistem bintang tiga Alpha Centauri. Letaknya 4,37 tahun cahaya dari Bumi. Tahun ini, para astronom di European Southern Observatory menemukan sebuah planet seukuran Bumi yang mengorbit katai merah di konstelasi Proxima Centauri. Planet yang diberi nama Proxima b ini memiliki massa setidaknya 1,3 kali massa Bumi dan memiliki periode orbit mengelilingi bintangnya yang sangat singkat, yaitu hanya 11 hari Bumi. Namun tetap saja, berita ini sangat menggembirakan para astronom dan pemburu planet ekstrasurya, karena suhu Proxima b cocok untuk keberadaan air cair, dan ini merupakan nilai tambah yang serius untuk kemungkinan layak huni.

Namun ada kelemahannya: kita tidak tahu apakah Proxima b memiliki atmosfer, dan mengingat kedekatannya dengan Proxima Centauri (lebih dekat dari Merkurius ke Matahari), kemungkinan besar ia akan terkena emisi dan radiasi plasma bintang. Dan ia begitu terkunci oleh gaya pasang surut sehingga satu sisinya selalu menghadap bintang. Hal ini tentu saja dapat mengubah persepsi kita tentang siang dan malam.

Dan bagaimana kita sampai ke sana?

Ini adalah pertanyaan senilai $64 triliun. Bahkan pada kecepatan maksimum yang dimungkinkan oleh teknologi modern untuk kita kembangkan, kita masih berjarak 18 ribu tahun lagi dari Proxima B. Dan ada kemungkinan besar bahwa setelah mencapai tujuan kita akan bertemu di sana... keturunan kita di Bumi, yang telah menjajah planet baru dan mengambil semua kejayaan untuk diri mereka sendiri. Pikiran yang begitu dalam dan berkantong tebal menetapkan tugas yang ambisius: menemukan cara yang lebih cepat untuk melintasi jarak yang sangat jauh.

Breakthrough Starshot adalah proyek luar angkasa senilai $100 juta yang didanai oleh miliarder Rusia Yuri Milner. Terobosan Starshot berfokus pada pembuatan wahana kecil tak berawak dengan layar ringan yang digerakkan oleh laser kuat di darat. Idenya adalah bahwa pesawat ruang angkasa yang beratnya cukup (hampir 1 gram) dengan layar ringan dapat dipercepat secara teratur dengan pancaran cahaya yang kuat dari Bumi hingga seperlima kecepatan cahaya. Pada tingkat ini, nanoprobe akan mencapai Alpha Centauri dalam waktu sekitar 20 tahun.

Pengembang proyek Breakthrough Starshot mengandalkan miniaturisasi semua teknologi, karena wahana antariksa kecil harus membawa kamera, pendorong, catu daya, peralatan komunikasi dan navigasi. Semuanya untuk berkomunikasi pada saat kedatangan: “Lihat, saya di sini. Tapi dia tidak berputar sama sekali.” Miller berharap ini akan berhasil dan meletakkan dasar bagi tahap perjalanan antarbintang berikutnya yang lebih kompleks: perjalanan manusia.

Bagaimana dengan mesin warp?

Ya, di serial Star Trek semuanya terlihat sangat sederhana: nyalakan mesin warp dan terbang lebih cepat dari kecepatan cahaya. Namun semua yang kita ketahui saat ini tentang hukum fisika memberi tahu kita bahwa melakukan perjalanan lebih cepat dari, atau bahkan sama dengan, kecepatan cahaya adalah hal yang mustahil. Namun para ilmuwan tidak menyerah: NASA terinspirasi oleh mesin menarik lainnya dari fiksi ilmiah dan meluncurkan proyek NASA Evolutionary Xenon Thruster (disingkat NEXT) - sebuah mesin ion yang dapat mempercepat pesawat ruang angkasa hingga kecepatan 145 ribu km/jam, hanya dengan menggunakan satu pecahan. bahan bakar untuk roket konvensional.

Namun bahkan dengan kecepatan seperti itu, kita tidak akan bisa terbang jauh dari tata surya dalam satu masa hidup manusia. Sampai kita menemukan cara bekerja dengan ruang-waktu, perjalanan antarbintang akan berjalan sangat, sangat lambat. Mungkin ini saatnya untuk mulai melihat waktu yang dihabiskan para pengembara galaksi di atas pesawat ruang angkasa antarbintang sebagai sekadar kehidupan, dan bukan sebagai perjalanan dengan "bus luar angkasa" dari titik A ke titik B.

Bagaimana kita bisa bertahan dalam perjalanan antarbintang?

Mesin warp dan mesin ion tentu saja sangat keren, tetapi semua ini tidak akan ada gunanya jika penjelajah antarbintang kita meninggal karena kelaparan, kedinginan, dehidrasi, atau kekurangan oksigen bahkan sebelum mereka meninggalkan tata surya. Peneliti Rachel Armstrong berpendapat bahwa sudah waktunya bagi kita untuk berpikir tentang menciptakan ekosistem nyata bagi umat manusia antarbintang.

“Kami beralih dari pandangan industri ke visi realitas ekologis,” kata Armstrong.

Armstrong, seorang profesor arsitektur eksperimental di Universitas Newcastle di Inggris, mengatakan tentang konsep "dunia": "Ini tentang ruang hidup, bukan hanya desain objeknya." Saat ini, di dalam pesawat luar angkasa atau stasiun, semuanya steril dan tampak seperti fasilitas industri. Armstrong berpikir kita sebaiknya memikirkan aspek lingkungan dari pesawat luar angkasa: tanaman yang bisa kita tanam di pesawat, dan bahkan jenis tanah yang kita bawa. Di masa depan, menurutnya, pesawat ruang angkasa akan terlihat seperti bioma raksasa yang penuh dengan kehidupan organik, bukan seperti kotak logam yang dingin seperti saat ini.

Tidak bisakah kita tidur sepanjang perjalanan?

Cryosleep dan hibernasi, tentu saja, merupakan solusi yang baik untuk masalah yang tidak menyenangkan: bagaimana menjaga orang tetap hidup selama perjalanan yang memakan waktu lebih lama dari kehidupan manusia itu sendiri. Setidaknya begitulah cara mereka melakukannya di film. Dan dunia ini penuh dengan orang-orang yang optimis terhadap krio: Alcor Life Extension Foundation menyimpan banyak tubuh dan kepala orang-orang yang diawetkan dengan krio yang berharap bahwa keturunan kita akan belajar cara mencairkan es dengan aman dan menyingkirkan penyakit yang saat ini tidak dapat disembuhkan, namun saat ini teknologi seperti itu tidak melakukannya. ada.

Film seperti Interstellar dan buku seperti Seveneves karya Neal Stephenson telah melontarkan gagasan untuk mengirim embrio beku ke luar angkasa yang dapat bertahan bahkan dalam penerbangan terpanjang karena mereka tidak perlu makan, minum, atau bernapas. Namun hal ini menimbulkan masalah “ayam dan telur”: seseorang harus menjaga umat manusia yang baru lahir ini pada usia yang tidak sadarkan diri.

Jadi apakah ini semua nyata?

“Sejak awal umat manusia, kita telah melihat ke bintang-bintang dan mengarahkan harapan dan ketakutan, kekhawatiran dan impian kita ke arah bintang-bintang,” kata Rachel Armstrong.

Dengan diluncurkannya proyek teknik baru seperti Breakthrough Starshot, "impian tersebut menjadi eksperimen nyata."

Pembaca kami Nikita Ageev bertanya: apa masalah utama perjalanan antarbintang? Jawabannya, seperti , memerlukan artikel yang panjang, meskipun pertanyaannya dapat dijawab dengan satu simbol: C .

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa, c, kira-kira tiga ratus ribu kilometer per detik, dan tidak mungkin melebihinya. Oleh karena itu, mustahil untuk mencapai bintang-bintang lebih cepat dalam beberapa tahun (cahaya menempuh jarak 4,243 tahun ke Proxima Centauri, sehingga pesawat ruang angkasa tidak dapat tiba lebih cepat lagi). Jika Anda menambahkan waktu untuk percepatan dan perlambatan dengan percepatan yang kurang lebih dapat diterima oleh manusia, Anda memerlukan waktu sekitar sepuluh tahun untuk mencapai bintang terdekat.

Apa syarat untuk terbang?

Dan periode ini sendiri sudah menjadi kendala yang signifikan, bahkan jika kita mengabaikan pertanyaan “bagaimana cara mempercepat hingga mendekati kecepatan cahaya”. Sekarang tidak ada pesawat luar angkasa yang memungkinkan awaknya hidup mandiri di luar angkasa begitu lama - para astronot terus-menerus membawa pasokan segar dari Bumi. Biasanya pembicaraan tentang masalah perjalanan antarbintang dimulai dengan pertanyaan yang lebih mendasar, tetapi kita akan mulai dengan masalah yang murni diterapkan.

Bahkan setengah abad setelah penerbangan Gagarin, para insinyur tidak mampu menciptakan mesin cuci dan pancuran yang cukup praktis untuk pesawat ruang angkasa, dan toilet yang dirancang untuk kondisi tanpa bobot rusak di ISS dengan keteraturan yang patut ditiru. Penerbangan ke Mars (22 menit cahaya, bukannya 4 tahun cahaya) sudah menjadi tugas yang tidak sepele bagi para perancang pipa ledeng: jadi untuk perjalanan ke bintang-bintang, setidaknya perlu menciptakan toilet luar angkasa dengan waktu dua puluh tahun. garansi dan mesin cuci yang sama.

Air untuk mencuci, mencuci, dan minum juga harus dibawa atau digunakan kembali. Selain udara, makanan juga perlu disimpan atau ditanam di kapal. Eksperimen untuk menciptakan ekosistem tertutup di Bumi telah dilakukan, namun kondisinya masih sangat berbeda dengan di luar angkasa, setidaknya dengan adanya gravitasi. Umat ​​​​manusia tahu cara mengubah isi pispot menjadi air minum bersih, tetapi dalam hal ini kita harus mampu melakukannya dalam kondisi gravitasi nol, dengan keandalan mutlak dan tanpa satu truk penuh bahan habis pakai: membawa satu truk penuh kartrid filter ke bintang-bintang itu terlalu mahal.

Mencuci kaus kaki dan melindungi diri dari infeksi usus mungkin tampak seperti pembatasan “non-fisik” yang terlalu dangkal pada penerbangan antarbintang - namun, setiap pelancong berpengalaman akan memastikan bahwa “hal-hal kecil” seperti sepatu yang tidak nyaman atau sakit perut karena makanan asing dalam ekspedisi otonom dapat mengubah menjadi ancaman bagi kehidupan.

Memecahkan masalah mendasar sehari-hari pun memerlukan basis teknologi yang sama seriusnya dengan pengembangan mesin luar angkasa baru yang fundamental. Jika di Bumi paking usang di tangki toilet dapat dibeli di toko terdekat seharga dua rubel, maka di kapal Mars perlu menyediakan cadangan setiap orang suku cadang serupa, atau printer tiga dimensi untuk produksi suku cadang dari bahan baku plastik universal.

Di Angkatan Laut AS pada tahun 2013 dengan sungguh-sungguh memulai pencetakan 3D setelah kami menilai waktu dan uang yang dikeluarkan untuk memperbaiki peralatan militer dengan menggunakan metode tradisional di lapangan. Pihak militer beralasan bahwa mencetak beberapa paking langka untuk komponen helikopter yang dihentikan produksinya sepuluh tahun lalu lebih mudah daripada memesan suku cadang dari gudang di benua lain.

Salah satu rekan terdekat Korolev, Boris Chertok, menulis dalam memoarnya “Rockets and People” bahwa pada titik tertentu program luar angkasa Soviet dihadapkan pada kekurangan kontak colokan. Konektor yang andal untuk kabel multi-inti harus dikembangkan secara terpisah.

Selain suku cadang peralatan, makanan, air dan udara, astronot juga membutuhkan energi. Mesin dan perlengkapan di dalamnya akan membutuhkan energi, sehingga masalah sumber yang kuat dan andal harus diselesaikan secara terpisah. Baterai surya tidak cocok, jika hanya karena jarak dari bintang-bintang yang sedang terbang, generator radioisotop (yang memberi daya pada Voyager dan New Horizons) tidak menyediakan daya yang dibutuhkan untuk pesawat ruang angkasa berawak besar, dan mereka belum belajar cara membuatnya penuh. -reaktor nuklir yang lengkap untuk luar angkasa.

Program satelit bertenaga nuklir Soviet dirusak oleh skandal internasional setelah jatuhnya Cosmos 954 di Kanada, serta serangkaian kegagalan yang tidak terlalu dramatis; pekerjaan serupa di Amerika dihentikan lebih awal. Sekarang Rosatom dan Roscosmos bermaksud untuk membuat pembangkit listrik tenaga nuklir luar angkasa, namun ini masih merupakan instalasi untuk penerbangan jarak pendek, dan bukan perjalanan multi-tahun ke sistem bintang lain.

Mungkin, alih-alih menggunakan reaktor nuklir, pesawat ruang angkasa antarbintang di masa depan akan menggunakan tokamaks. Tentang betapa sulitnya menentukan dengan benar parameter plasma termonuklir, di MIPT musim panas ini. Omong-omong, proyek ITER di Bumi berjalan dengan sukses: bahkan mereka yang memasuki tahun pertama saat ini memiliki setiap kesempatan untuk ikut serta dalam pengerjaan reaktor termonuklir eksperimental pertama dengan keseimbangan energi positif.

Apa yang harus terbang?

Mesin roket konvensional tidak cocok untuk mempercepat dan memperlambat kapal antarbintang. Mereka yang memahami mata kuliah mekanika yang diajarkan di MIPT pada semester pertama dapat secara mandiri menghitung berapa banyak bahan bakar yang dibutuhkan sebuah roket untuk mencapai setidaknya seratus ribu kilometer per detik. Bagi yang belum familiar dengan persamaan Tsiolkovsky, kami akan segera mengumumkan hasilnya - massa tangki bahan bakar ternyata jauh lebih tinggi daripada massa Tata Surya.

Pasokan bahan bakar dapat dikurangi dengan meningkatkan kecepatan mesin mengeluarkan fluida kerja, gas, plasma atau yang lainnya, hingga seberkas partikel elementer. Saat ini, mesin plasma dan ion secara aktif digunakan untuk penerbangan stasiun antarplanet otomatis di Tata Surya atau untuk koreksi orbit satelit geostasioner, namun mereka juga memiliki sejumlah kelemahan lainnya. Secara khusus, semua mesin tersebut memberikan daya dorong yang terlalu kecil; mereka belum dapat memberikan percepatan beberapa meter per detik kuadrat pada kapal.

Wakil Rektor MIPT Oleg Gorshkov adalah salah satu pakar yang diakui di bidang mesin plasma. Mesin seri SPD diproduksi di Biro Desain Fakel, ini adalah produk serial untuk koreksi orbit satelit komunikasi.

Pada tahun 1950-an, sebuah proyek mesin dikembangkan yang akan menggunakan dorongan ledakan nuklir (proyek Orion), tetapi proyek tersebut masih jauh dari solusi siap pakai untuk penerbangan antarbintang. Yang kurang berkembang adalah desain mesin yang menggunakan efek magnetohidrodinamik, yaitu akselerasi akibat interaksi dengan plasma antarbintang. Secara teoritis, pesawat ruang angkasa dapat “menyedot” plasma ke dalam dan membuangnya kembali untuk menciptakan daya dorong jet, namun hal ini menimbulkan masalah lain.

Bagaimana cara bertahan?

Plasma antarbintang terutama terdiri dari proton dan inti helium, jika kita mempertimbangkan partikel berat. Ketika bergerak dengan kecepatan ratusan ribu kilometer per detik, semua partikel ini memperoleh energi sebesar megaelektronvolt atau bahkan puluhan megaelektronvolt - jumlah yang sama dengan produk reaksi nuklir. Kepadatan medium antarbintang adalah sekitar seratus ribu ion per meter kubik, yang berarti per detik satu meter persegi lambung kapal akan menerima sekitar 10 13 proton dengan energi puluhan MeV.

Satu elektronvolt, eV,― Ini adalah energi yang diperoleh elektron ketika terbang dari satu elektroda ke elektroda lainnya dengan beda potensial satu volt. Kuanta cahaya memiliki energi ini, dan kuanta ultraviolet dengan energi lebih tinggi sudah mampu merusak molekul DNA. Radiasi atau partikel dengan energi megaelektronvolt menyertai reaksi nuklir dan, terlebih lagi, mampu menyebabkan reaksi tersebut.

Iradiasi tersebut setara dengan energi yang diserap (dengan asumsi bahwa semua energi diserap oleh kulit) sebesar puluhan joule. Selain itu, energi ini tidak hanya datang dalam bentuk panas, namun sebagian dapat digunakan untuk memulai reaksi nuklir pada material kapal dengan pembentukan isotop berumur pendek: dengan kata lain, lapisannya akan menjadi radioaktif.

Beberapa proton dan inti helium yang datang dapat dibelokkan oleh medan magnet; radiasi induksi dan radiasi sekunder dapat dilindungi oleh cangkang kompleks yang terdiri dari banyak lapisan, namun masalah ini juga belum ada solusinya. Selain itu, kesulitan mendasar dalam bentuk “bahan mana yang paling sedikit kerusakannya akibat iradiasi” pada tahap servis kapal dalam penerbangan akan berubah menjadi masalah khusus - “cara membuka empat baut 25 di kompartemen dengan latar belakang lima puluh milisievert per jam."

Ingatlah bahwa selama perbaikan terakhir teleskop Hubble, para astronot awalnya gagal melepaskan keempat baut yang menahan salah satu kamera. Setelah berkonsultasi dengan Bumi, mereka mengganti kunci pembatas torsi dengan kunci biasa dan menerapkan kekerasan. Bautnya lepas dari tempatnya, kamera berhasil diganti. Jika baut yang macet dilepas, ekspedisi kedua akan menelan biaya setengah miliar dolar AS. Atau hal itu tidak akan terjadi sama sekali.

Apakah ada solusi?

Dalam fiksi ilmiah (sering kali lebih bersifat fantasi daripada sains), perjalanan antarbintang dilakukan melalui “terowongan subruang”. Secara formal, persamaan Einstein, yang menggambarkan geometri ruang-waktu bergantung pada massa dan energi yang didistribusikan dalam ruang-waktu ini, memang memungkinkan hal serupa - hanya perkiraan biaya energi yang bahkan lebih menyedihkan daripada perkiraan jumlah bahan bakar roket untuk sebuah roket. penerbangan ke Proxima Centauri. Tidak hanya membutuhkan banyak energi, kepadatan energinya juga harus negatif.

Pertanyaan apakah mungkin untuk menciptakan “lubang cacing” yang stabil, besar, dan penuh energi terkait dengan pertanyaan mendasar tentang struktur Alam Semesta secara keseluruhan. Salah satu masalah yang belum terselesaikan dalam fisika adalah tidak adanya gravitasi dalam apa yang disebut Model Standar, sebuah teori yang menggambarkan perilaku partikel elementer dan tiga dari empat interaksi fisik mendasar. Sebagian besar fisikawan cukup skeptis bahwa dalam teori gravitasi kuantum akan ada tempat untuk “melompati hyperspace” antarbintang, tetapi, sebenarnya, tidak ada yang melarang mencoba mencari solusi untuk penerbangan ke bintang.

Ribuan novel fiksi ilmiah menggambarkan kapal luar angkasa foton raksasa seukuran kota kecil (atau besar), berangkat dalam penerbangan antarbintang dari orbit planet kita (lebih jarang, dari permukaan bumi). Namun menurut penulis proyek Breakthrough Starshot, semuanya akan terjadi dengan cara yang sangat berbeda: pada satu hari penting dalam dua ribu tahun tertentu, bukan satu atau dua, tetapi ratusan dan ribuan pesawat ruang angkasa kecil seukuran kuku akan diluncurkan ke salah satu dari mereka. bintang terdekat, Alpha Centauri dan beratnya 1 g Dan masing-masing dari mereka akan memiliki layar surya tertipis dengan luas 16 m 2, yang akan membawa pesawat ruang angkasa dengan kecepatan yang semakin meningkat ke depan - ke bintang-bintang.

Laberang. Untuk mempertahankan bentuk layar, rencananya akan diperkuat dengan graphene. Beberapa material komposit berbasis graphene dapat berkontraksi di bawah tegangan listrik yang diterapkan untuk kontrol aktif. Untuk menstabilkan, layar dapat dilepas atau dibentuk menjadi kerucut terbalik untuk stabilisasi diri pasif di bidang radiasi laser. Layar surya. Salah satu elemen utama dari proyek ini adalah layar surya dengan luas 16 m² dan massa hanya 1 g Bahan layarnya adalah cermin dielektrik multilayer yang memantulkan 99,999% cahaya datang (menurut perhitungan awal, ini seharusnya cukup untuk mencegah layar meleleh dalam laser medan radiasi 100 GW). Pendekatan yang lebih menjanjikan, yang memungkinkan ketebalan layar lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang dipantulkan, adalah dengan menggunakan lapisan tunggal metamaterial dengan indeks bias negatif sebagai dasar layar (bahan tersebut juga memiliki nanoperforasi, yang selanjutnya mengurangi massanya). Pilihan kedua adalah menggunakan material yang tidak memiliki koefisien refleksi tinggi, namun dengan koefisien serapan rendah (10−9), seperti material optik untuk pemandu cahaya.

"Ditembak ke Bintang"

Proyek Breakthrough Starshot didasarkan pada artikel oleh profesor fisika UC Santa Barbara Philip Lubin, “Peta Jalan Menuju Penerbangan Antarbintang.” Tujuan utama dari proyek ini adalah untuk memungkinkan penerbangan antarbintang dalam masa hidup generasi berikutnya, yaitu, bukan dalam beberapa abad, tetapi dalam beberapa dekade.

Rencana penerbangan

1. Roket meluncurkan kapal induk ke orbit rendah Bumi yang berisi puluhan, ratusan, ribuan, atau puluhan ribu wahana antariksa. 2. Pesawat luar angkasa meninggalkan kapal induk, membuka layarnya, menyesuaikan diri, dan mengambil posisi awal. 3. Array bertahap berukuran 1 x 1 km berisi 20 juta pemancar laser kecil (dengan bukaan 20−25 cm) mulai beroperasi di Bumi, memfokuskan sinar laser pada permukaan layar. 4. Untuk mengimbangi distorsi atmosfer, pelampung pendukung digunakan - "bintang buatan" di lapisan atas atmosfer, di kapal induk, serta sinyal yang dipantulkan dari layar. 5. Probe dipercepat oleh sinar laser dalam beberapa menit hingga 20% kecepatan cahaya, dan percepatannya mencapai 30.000 g. Sepanjang penerbangan, yang akan berlangsung sekitar 20 tahun, laser secara berkala melacak posisi wahana. 6. Setibanya di target, dalam sistem Alpha Centauri, wahana mencoba mendeteksi planet dan mengambil gambarnya selama terbang melintas. 7. Menggunakan layar sebagai lensa Fresnel dan dioda laser sebagai pemancar, wahana mengorientasikan dirinya dan mengirimkan data yang diterima ke arah Bumi. 8. Setelah lima tahun, data ini diterima di Bumi.

Segera setelah pengumuman resmi program Starshot, penulis proyek tersebut mendapat gelombang kritik dari para ilmuwan dan pakar teknis di berbagai bidang. Para ahli yang kritis mencatat banyak penilaian yang salah dan hanya “titik kosong” dalam rencana program. Beberapa komentar diperhitungkan dan rencana penerbangan sedikit disesuaikan pada iterasi pertama.

Jadi, wahana antarbintang akan berupa perahu layar luar angkasa dengan modul elektronik StarChip seberat 1 g, dihubungkan dengan tali pengikat tugas berat ke layar surya dengan luas 16 m 2, ketebalan 100 nm, dan massa 1 g. Tentu saja, cahaya Matahari kita tidak cukup untuk mempercepat struktur sekecil itu hingga kecepatan yang tidak akan mampu dicapai oleh perjalanan antarbintang selama ribuan tahun. Oleh karena itu, sorotan utama dari proyek StarShot adalah akselerasi menggunakan radiasi laser kuat yang difokuskan pada layar. Lubin memperkirakan dengan kekuatan sinar laser 50-100 GW, percepatannya akan menjadi sekitar 30.000 g, dan dalam beberapa menit wahana tersebut akan mencapai 20% kecepatan cahaya. Penerbangan ke Alpha Centauri akan memakan waktu sekitar 20 tahun.

Di bawah layar berbintang

Salah satu detail penting dari proyek ini adalah layar surya. Pada versi aslinya, luas layar awalnya hanya 1 m 2, sehingga tidak dapat menahan pemanasan selama akselerasi di medan radiasi laser. Versi baru menggunakan layar dengan luas 16 m2, sehingga rezim termal, meskipun cukup keras, tetapi menurut perkiraan awal, tidak boleh melelehkan atau menghancurkan layar. Seperti yang ditulis Philip Lubin sendiri, direncanakan untuk menggunakan bukan pelapis logam, tetapi cermin multilayer dielektrik sepenuhnya sebagai dasar layar: “Bahan seperti itu dicirikan oleh koefisien refleksi sedang dan penyerapan yang sangat rendah. Katakanlah, kacamata optik untuk serat optik dirancang untuk fluks cahaya tinggi dan memiliki penyerapan sekitar dua puluh triliun per 1 mikron ketebalan.” Tidak mudah untuk mencapai koefisien refleksi yang baik dari dielektrik dengan ketebalan layar 100 nm, yang jauh lebih kecil dari panjang gelombang. Namun penulis proyek memiliki harapan dalam menggunakan pendekatan baru, seperti lapisan tunggal metamaterial dengan indeks bias negatif. “Anda juga harus mempertimbangkan bahwa pantulan dari cermin dielektrik disesuaikan dengan rentang panjang gelombang yang sempit, dan seiring dengan percepatan probe, efek Doppler menggeser panjang gelombang lebih dari 20%,” kata Lubin. “Kami memperhitungkan hal ini, sehingga reflektor akan disesuaikan dengan sekitar dua puluh persen dari bandwidth radiasi.” Kami merancang reflektor seperti itu. Jika diperlukan, reflektor dengan bandwidth lebih besar juga tersedia.”

Yuri Milner, pengusaha dan dermawan Rusia, pendiri Breakthrough Initiatives Foundation: Selama 15 tahun terakhir, bisa dikatakan, kemajuan revolusioner yang signifikan telah terjadi di tiga bidang teknologi: miniaturisasi komponen elektronik, penciptaan material generasi baru, dan juga pengurangan biaya dan peningkatan kekuatan laser. Kombinasi ketiga tren ini mengarah pada kemungkinan teoretis untuk mempercepat satelit nano hingga kecepatan yang hampir relativistik. Pada tahap pertama (5−10 tahun), kami berencana melakukan studi ilmiah dan teknik yang lebih mendalam untuk memahami seberapa layak proyek ini. Di situs web proyek terdapat daftar sekitar 20 masalah teknis serius, yang tanpa penyelesaiannya kami tidak akan dapat melanjutkan. Ini bukanlah daftar yang pasti, namun berdasarkan pendapat dewan ilmiah, kami yakin proyek tahap pertama memiliki motivasi yang cukup. Saya tahu bahwa proyek layar bintang mendapat kritik serius dari para ahli, tetapi menurut saya posisi beberapa pakar kritis dikaitkan dengan pemahaman yang tidak sepenuhnya akurat tentang apa yang sebenarnya kami usulkan. Kami tidak mendanai penerbangan ke bintang lain, melainkan pengembangan multiguna yang realistis terkait dengan gagasan penyelidikan antarbintang hanya dalam arah umum. Teknologi ini akan digunakan baik untuk penerbangan di tata surya maupun untuk perlindungan dari asteroid berbahaya. Namun menetapkan tujuan strategis yang ambisius seperti penerbangan antarbintang tampaknya dapat dibenarkan dalam arti bahwa perkembangan teknologi selama 10-20 tahun terakhir mungkin membuat implementasi proyek semacam itu tidak hanya dalam hitungan abad, seperti yang diasumsikan banyak orang, melainkan dalam beberapa dekade.

mesin laser

Pembangkit listrik utama kapal luar angkasa tidak akan terbang ke bintang - ia akan berlokasi di Bumi. Ini adalah rangkaian pemancar laser bertahap berbasis darat berukuran 1x1 km. Total daya laser harus berkisar antara 50 hingga 100 GW (ini setara dengan daya 10−20 pembangkit listrik tenaga air Krasnoyarsk). Seharusnya menggunakan pentahapan (yaitu, mengubah fase pada masing-masing emitor) untuk memfokuskan radiasi dengan panjang gelombang 1,06 μm dari seluruh kisi ke titik dengan diameter beberapa meter pada jarak hingga jutaan kilometer (the akurasi pemfokusan maksimum adalah 10−9 radian). Namun pemfokusan tersebut sangat terhambat oleh atmosfer yang bergejolak, yang mengaburkan berkas cahaya menjadi titik kira-kira berukuran satu detik busur (10−5 radian). Peningkatan sebesar empat kali lipat diharapkan dapat dicapai dengan menggunakan optik adaptif (AO), yang akan mengkompensasi distorsi atmosfer. Sistem optik adaptif terbaik pada teleskop modern mengurangi keburaman hingga 30 miliarcdetik, yang berarti masih ada sekitar dua setengah lipat magnitudo yang tersisa untuk target yang dituju.

Philip Lubin dalam artikelnya memberikan perkiraan numerik dari poin-poin rencana tersebut, namun banyak ilmuwan dan spesialis yang sangat kritis terhadap data ini. Tentu saja, mengembangkan proyek ambisius seperti Breakthrough Starshot membutuhkan kerja keras bertahun-tahun, dan $100 juta bukanlah jumlah yang besar untuk pekerjaan sebesar ini. Hal ini terutama berlaku untuk infrastruktur darat - rangkaian pemancar laser bertahap. Memasang kapasitas seperti itu (50-100 GW) akan membutuhkan energi yang sangat besar, sehingga setidaknya perlu dibangun selusin pembangkit listrik besar di dekatnya. Selain itu, sejumlah besar panas perlu dihilangkan dari penghasil panas selama beberapa menit, dan cara melakukannya masih belum jelas. Ada banyak sekali pertanyaan yang belum terjawab dalam proyek Breakthrough Starshot, namun sejauh ini pekerjaannya baru saja dimulai. “Dewan ilmiah proyek kami terdiri dari para ahli, ilmuwan, dan insinyur terkemuka di berbagai bidang terkait, termasuk dua peraih Nobel,” kata Yuri Milner. “Dan saya telah mendengar penilaian yang sangat seimbang mengenai kelayakan proyek ini. Dalam melakukan hal ini, kami tentunya mengandalkan keahlian gabungan dari seluruh anggota dewan ilmiah kami, namun pada saat yang sama kami terbuka untuk diskusi ilmiah yang lebih luas.”

“Untuk mengatasi turbulensi atmosfer skala kecil, susunan bertahap harus dipecah menjadi elemen yang sangat kecil, ukuran elemen pemancar untuk panjang gelombang kita tidak boleh lebih dari 20-25 cm,” jelas Philip Lubin. — Ini setidaknya 20 juta penghasil emisi, tetapi jumlah tersebut tidak membuat saya takut. Untuk umpan balik dalam sistem AO, kami berencana menggunakan banyak sumber referensi - suar - baik di wahana, di kapal induk, dan di atmosfer. Selain itu, kami akan melacak probe dalam perjalanannya menuju target. Kami juga ingin menggunakan bintang-bintang sebagai pelampung untuk menyesuaikan pentahapan susunan ketika menerima sinyal dari wahana pada saat kedatangan, namun kami akan melacak wahana tersebut untuk memastikannya.”

Kedatangan

Namun kemudian wahana tersebut tiba di sistem Alpha Centauri, memotret lingkungan sekitar sistem dan planet (jika ada). Informasi ini entah bagaimana harus dikirim ke Bumi, dan kekuatan pemancar laser wahana dibatasi hingga beberapa watt. Dan setelah lima tahun, sinyal lemah ini harus diterima di Bumi, mengisolasi bintang dari radiasi latar belakang. Menurut penulis proyek, wahana tersebut bermanuver pada sasaran sedemikian rupa sehingga layar berubah menjadi lensa Fresnel, memfokuskan sinyal wahana ke arah Bumi. Diperkirakan bahwa lensa ideal dengan fokus ideal dan orientasi ideal memperkuat sinyal 1 W hingga setara isotropik 10 13 W. Namun bagaimana kita dapat mempertimbangkan sinyal ini dengan latar belakang radiasi bintang yang jauh lebih kuat (sebesar 13−14 kali lipat!)? “Cahaya dari bintang sebenarnya cukup lemah karena lebar garis laser kita sangat kecil. Garis sempit adalah kunci untuk mengurangi latar belakang, kata Lubin. “Ide membuat lensa Fresnel dari layar berdasarkan elemen difraksi film tipis cukup rumit dan memerlukan banyak pekerjaan awal untuk memahami dengan tepat cara terbaik untuk melakukannya. Poin ini sebenarnya adalah salah satu poin utama dalam rencana proyek kami.”

Di sisi lain, pemancar/penerima radiasi optik array bertahap dengan bukaan total satu kilometer adalah instrumen yang mampu melihat exoplanet dari jarak puluhan parsec. Dengan menggunakan penerima panjang gelombang yang dapat disetel, komposisi atmosfer planet ekstrasurya dapat ditentukan. Apakah pemeriksaan diperlukan dalam kasus ini? “Tentu saja, penggunaan array bertahap sebagai teleskop yang sangat besar membuka kemungkinan-kemungkinan baru dalam astronomi. “Tetapi,” tambah Lubin, “kami berencana untuk menambahkan spektrometer inframerah ke dalam probe sebagai program jangka panjang selain kamera dan sensor lainnya.” Kami memiliki grup fotonik hebat di UC Santa Barbara yang merupakan bagian dari kolaborasi ini.”

Namun bagaimanapun juga, menurut Lubin, penerbangan pertama akan dilakukan di tata surya: “Karena kita dapat mengirimkan wahana dalam jumlah besar, hal ini memberi kita banyak kemungkinan berbeda. Kita juga dapat mengirimkan wahana kecil serupa (berskala wafer, yaitu dalam sebuah chip) dengan roket konvensional dan menggunakan teknologi yang sama untuk mempelajari Bumi atau planet-planet dan satelitnya di tata surya.”

Para editor berterima kasih kepada surat kabar “Trinity Variant - Science” dan pemimpin redaksi Boris Stern atas bantuan mereka dalam mempersiapkan artikel.

Tata surya sudah lama tidak menjadi perhatian khusus para penulis fiksi ilmiah. Namun, yang mengejutkan, bagi sebagian ilmuwan, planet “asli” kita tidak memberikan banyak inspirasi, meski belum dieksplorasi secara praktis.

Hampir tidak membuka jendela ke luar angkasa, umat manusia bergegas ke jarak yang tidak diketahui, dan tidak hanya dalam mimpi, seperti sebelumnya.
Sergei Korolev juga berjanji untuk segera terbang ke luar angkasa “dengan tiket serikat pekerja”, tetapi frasa ini sudah berusia setengah abad, dan pengembaraan luar angkasa masih menjadi milik kaum elit - suatu kesenangan yang terlalu mahal. Namun, dua tahun lalu HACA meluncurkan proyek megah Kapal Luar Angkasa 100 Tahun, yang melibatkan penciptaan landasan ilmiah dan teknis secara bertahap dan bertahun-tahun untuk penerbangan luar angkasa.

Program yang belum pernah terjadi sebelumnya ini diharapkan dapat menarik para ilmuwan, insinyur, dan peminat dari seluruh dunia. Jika semuanya berhasil, dalam 100 tahun umat manusia akan mampu membangun kapal antarbintang, dan kita akan bergerak mengelilingi tata surya seperti dengan trem.

Jadi masalah apa yang perlu dipecahkan agar penerbangan bintang menjadi kenyataan?

WAKTU DAN KECEPATAN ADALAH RELATIF

Anehnya, astronomi dengan pesawat ruang angkasa otomatis tampaknya menjadi masalah yang hampir terpecahkan bagi sebagian ilmuwan. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa sama sekali tidak ada gunanya meluncurkan mesin otomatis ke bintang-bintang dengan kecepatan siput saat ini (sekitar 17 km/s) dan peralatan primitif lainnya (untuk jalan yang tidak diketahui).

Sekarang pesawat luar angkasa Amerika Pioneer 10 dan Voyager 1 telah meninggalkan tata surya, dan tidak ada lagi hubungan dengan mereka. Pioneer 10 sedang bergerak menuju bintang Aldebaran. Jika tidak terjadi apa-apa, ia akan mencapai sekitar bintang ini... dalam 2 juta tahun. Dengan cara yang sama, perangkat lain merayapi hamparan alam semesta.

Jadi, terlepas dari apakah sebuah kapal berpenghuni atau tidak, untuk terbang menuju bintang dibutuhkan kecepatan tinggi, mendekati kecepatan cahaya. Namun, ini akan membantu memecahkan masalah penerbangan hanya ke bintang-bintang terdekat.

“Bahkan jika kita berhasil membangun sebuah kapal luar angkasa yang dapat terbang dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya,” tulis K. Feoktistov, “waktu perjalanan hanya di Galaksi kita akan dihitung dalam ribuan dan puluhan ribu tahun, karena diameternya berjarak sekitar 100.000 tahun cahaya tahun. Namun di Bumi, lebih banyak lagi yang akan terjadi pada masa ini.”

Menurut teori relativitas, perjalanan waktu dalam dua sistem yang bergerak relatif satu sama lain berbeda. Karena dalam jarak yang jauh kapal akan memiliki waktu untuk mencapai kecepatan yang sangat mendekati kecepatan cahaya, perbedaan waktu di Bumi dan di kapal akan sangat besar.

Diasumsikan bahwa target pertama penerbangan antarbintang adalah Alpha Centauri (sistem tiga bintang) - yang paling dekat dengan kita. Dengan kecepatan cahaya, Anda dapat mencapainya dalam 4,5 tahun; di Bumi, sepuluh tahun akan berlalu dalam waktu tersebut. Namun semakin jauh jaraknya, semakin besar perbedaan waktunya.

Ingat “Nebula Andromeda” yang terkenal oleh Ivan Efremov? Di sana, penerbangan diukur dalam beberapa tahun, dan dalam tahun terestrial. Sebuah dongeng yang indah, tidak ada yang perlu dikatakan. Namun, nebula yang diidam-idamkan ini (lebih tepatnya, Galaksi Andromeda) terletak pada jarak 2,5 juta tahun cahaya dari kita.

Menurut beberapa perhitungan, perjalanan para astronot akan memakan waktu lebih dari 60 tahun (menurut jam kapal luar angkasa), tetapi seluruh era akan berlalu di Bumi. Bagaimana keturunan jauh mereka akan menyambut “Neanderthal” luar angkasa? Dan apakah Bumi akan hidup? Artinya, kembali pada dasarnya tidak ada gunanya. Namun, seperti halnya penerbangan itu sendiri: kita harus ingat bahwa kita melihat galaksi nebula Andromeda seperti 2,5 juta tahun yang lalu - itulah jarak yang ditempuh cahayanya sampai ke kita. Apa gunanya terbang ke tujuan yang tidak diketahui, yang mungkin sudah lama tidak ada, setidaknya dalam bentuk dan tempat yang sama?

Artinya, penerbangan dengan kecepatan cahaya pun hanya dapat dibenarkan pada bintang yang relatif dekat. Namun, perangkat yang terbang dengan kecepatan cahaya masih hidup hanya dalam teori, yang menyerupai fiksi ilmiah, meski ilmiah.

KAPAL SEBESAR PLANET

Tentu saja, pertama-tama, para ilmuwan mendapat ide untuk menggunakan reaksi termonuklir yang paling efektif di mesin kapal - karena sebagian sudah dikuasai (untuk keperluan militer). Namun, untuk perjalanan pulang pergi dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya, bahkan dengan desain sistem yang ideal, diperlukan rasio massa awal dan akhir minimal 10 pangkat tiga puluh. Artinya, pesawat luar angkasa tersebut akan terlihat seperti kereta api besar dengan bahan bakar seukuran planet kecil. Tidak mungkin meluncurkan raksasa seperti itu ke luar angkasa dari Bumi. Dan dimungkinkan juga untuk merakitnya di orbit; bukan tanpa alasan para ilmuwan tidak mendiskusikan opsi ini.

Ide mesin foton yang menggunakan prinsip pemusnahan materi sangat populer.

Pemusnahan adalah transformasi suatu partikel dan antipartikel setelah tumbukan menjadi beberapa partikel lain yang berbeda dari partikel aslinya. Yang paling banyak dipelajari adalah pemusnahan elektron dan positron, yang menghasilkan foton, yang energinya akan menggerakkan kapal luar angkasa. Perhitungan fisikawan Amerika Ronan Keene dan Wei-ming Zhang menunjukkan bahwa, berdasarkan teknologi modern, dimungkinkan untuk menciptakan mesin pemusnah yang mampu mempercepat pesawat ruang angkasa hingga 70% kecepatan cahaya.

Namun, masalah lebih lanjut pun dimulai. Sayangnya, sangat sulit menggunakan antimateri sebagai bahan bakar roket. Selama pemusnahan, terjadi semburan radiasi gamma yang kuat, berbahaya bagi astronot. Selain itu, kontak bahan bakar positron dengan kapal dapat mengakibatkan ledakan yang fatal. Terakhir, belum ada teknologi untuk memperoleh antimateri dalam jumlah yang cukup dan penyimpanan jangka panjangnya: misalnya, atom antihidrogen kini “hidup” kurang dari 20 menit, dan produksi satu miligram positron menelan biaya 25 juta dolar.

Namun mari kita asumsikan bahwa seiring berjalannya waktu, masalah ini dapat diatasi. Namun, Anda masih membutuhkan banyak bahan bakar, dan massa awal kapal luar angkasa foton akan sebanding dengan massa Bulan (menurut Konstantin Feoktistov).

LAYARNYA Robek!

Kapal luar angkasa paling populer dan realistis saat ini dianggap sebagai perahu layar surya, yang idenya dimiliki oleh ilmuwan Soviet Friedrich Zander.

Layar surya (cahaya, foton) adalah perangkat yang menggunakan tekanan sinar matahari atau laser pada permukaan cermin untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa.
Pada tahun 1985, fisikawan Amerika Robert Forward mengusulkan desain wahana antarbintang yang dipercepat oleh energi gelombang mikro. Proyek ini memperkirakan bahwa wahana tersebut akan mencapai bintang terdekat dalam 21 tahun.

Pada Kongres Astronomi Internasional XXXVI, sebuah proyek kapal luar angkasa laser diusulkan, yang pergerakannya disediakan oleh energi laser optik yang terletak di orbit sekitar Merkurius. Menurut perhitungan, jalur kapal luar angkasa berdesain ini menuju bintang Epsilon Eridani (10,8 tahun cahaya) dan kembali lagi akan memakan waktu 51 tahun.

“Data yang diperoleh dari perjalanan melalui tata surya kita kecil kemungkinannya akan menghasilkan kemajuan signifikan dalam memahami dunia tempat kita tinggal. Tentu saja, pikiran beralih ke bintang-bintang. Lagi pula, sebelumnya telah dipahami bahwa penerbangan dekat Bumi, penerbangan ke planet lain di tata surya kita bukanlah tujuan akhir. Membuka jalan menuju bintang tampaknya menjadi tugas utama.”

Kata-kata ini bukan milik penulis fiksi ilmiah, tetapi milik perancang pesawat ruang angkasa dan kosmonot Konstantin Feoktistov. Menurut ilmuwan tersebut, tidak ada hal baru yang akan ditemukan di tata surya. Dan ini terlepas dari kenyataan bahwa manusia sejauh ini baru mencapai Bulan...

Namun di luar tata surya, tekanan sinar matahari akan mendekati nol. Oleh karena itu, terdapat proyek untuk mempercepat perahu layar surya menggunakan sistem laser dari beberapa asteroid.

Semua ini masih teori, tapi langkah awal sudah diambil.

Pada tahun 1993, layar surya selebar 20 meter dipasang untuk pertama kalinya di kapal Rusia Progress M-15 sebagai bagian dari proyek Znamya-2. Saat merapatkan Progress dengan stasiun Mir, krunya memasang unit penempatan reflektor di atas Progress. Hasilnya, reflektor tersebut menciptakan titik terang selebar 5 km, yang melewati Eropa hingga Rusia dengan kecepatan 8 km/s. Titik cahaya tersebut memiliki luminositas yang kira-kira setara dengan Bulan purnama.

Jadi, kelebihan perahu layar tenaga surya adalah kurangnya bahan bakar di dalamnya, kerugiannya adalah kerentanan struktur layar: pada dasarnya, ini adalah lapisan tipis yang direntangkan di atas bingkai. Di manakah jaminan bahwa layar tidak akan berlubang akibat partikel kosmik di sepanjang perjalanannya?

Versi layar mungkin cocok untuk meluncurkan wahana otomatis, stasiun, dan kapal kargo, tetapi tidak cocok untuk penerbangan pulang berawak. Ada proyek kapal luar angkasa lainnya, tetapi entah bagaimana mengingatkan kita pada proyek di atas (dengan masalah skala besar yang sama).

KEJUTAN DI RUANG INTERSTELLAR

Nampaknya banyak kejutan menanti para pelancong di alam semesta. Misalnya, ketika baru saja mencapai luar tata surya, peralatan Amerika Pioneer 10 mulai mengalami kekuatan yang tidak diketahui asalnya, menyebabkan pengereman yang lemah. Banyak asumsi telah dibuat, termasuk efek inersia atau bahkan waktu yang belum diketahui. Penjelasan yang jelas mengenai fenomena ini masih belum ada; berbagai hipotesis sedang dipertimbangkan: dari hipotesis teknis sederhana (misalnya, gaya reaktif dari kebocoran gas pada suatu peralatan) hingga pengenalan hukum fisika baru.

Perangkat lain, Voyadger 1, mendeteksi area dengan medan magnet kuat di perbatasan Tata Surya. Di dalamnya, tekanan partikel bermuatan dari ruang antarbintang menyebabkan medan yang diciptakan Matahari menjadi lebih padat. Perangkat juga terdaftar:

• peningkatan jumlah elektron berenergi tinggi (sekitar 100 kali lipat) yang menembus Tata Surya dari ruang antarbintang;
• peningkatan tajam dalam tingkat sinar kosmik galaksi - partikel bermuatan energi tinggi yang berasal dari antarbintang.

Dan ini hanyalah setetes air di lautan! Namun, apa yang diketahui saat ini tentang lautan antarbintang sudah cukup untuk menimbulkan keraguan akan kemungkinan navigasi di alam semesta.

Ruang antar bintang tidaklah kosong. Ada sisa-sisa gas, debu, dan partikel dimana-mana. Saat mencoba melakukan perjalanan mendekati kecepatan cahaya, setiap atom yang bertabrakan dengan kapal akan menjadi seperti partikel sinar kosmik berenergi tinggi. Tingkat radiasi keras selama pemboman semacam itu akan meningkat secara tidak dapat diterima bahkan selama penerbangan ke bintang-bintang terdekat.

Dan dampak mekanis partikel pada kecepatan seperti itu akan seperti peluru yang dapat meledak. Menurut beberapa perhitungan, setiap sentimeter layar pelindung kapal luar angkasa akan ditembakkan secara terus menerus dengan kecepatan 12 putaran per menit. Jelas bahwa tidak ada layar yang dapat menahan paparan seperti itu selama beberapa tahun penerbangan. Atau harus memiliki ketebalan dan massa yang tidak dapat diterima (puluhan dan ratusan meter) (ratusan ribu ton).

Sebenarnya, pesawat ruang angkasa itu sebagian besar akan terdiri dari layar dan bahan bakar ini, yang akan membutuhkan beberapa juta ton. Karena keadaan ini, mustahil untuk terbang dengan kecepatan seperti itu, terutama karena di sepanjang jalan Anda tidak hanya akan bertemu dengan debu, tetapi juga sesuatu yang lebih besar, atau terjebak dalam medan gravitasi yang tidak diketahui. Dan kemudian kematian kembali tidak bisa dihindari. Jadi, meskipun pesawat ruang angkasa dapat dipercepat hingga kecepatan di bawah cahaya, ia tidak akan mencapai tujuan akhirnya - akan ada terlalu banyak rintangan dalam perjalanannya. Oleh karena itu, penerbangan antarbintang hanya dapat dilakukan dengan kecepatan yang jauh lebih rendah. Namun faktor waktu membuat penerbangan ini tidak ada artinya.

Ternyata tidak mungkin menyelesaikan masalah pengangkutan benda material melintasi jarak galaksi dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Tidak ada gunanya menerobos ruang dan waktu menggunakan struktur mekanis.

LUBANG Tahi Lalat

Para penulis fiksi ilmiah, yang mencoba mengatasi waktu yang tak terhindarkan, menemukan cara “menggerogoti lubang” dalam ruang (dan waktu) dan “melipatnya”. Mereka menciptakan berbagai lompatan hyperspace dari satu titik ke titik lainnya, melewati area perantara. Kini para ilmuwan telah bergabung dengan para penulis fiksi ilmiah.

Fisikawan mulai mencari keadaan materi yang ekstrim dan celah eksotik di Alam Semesta yang memungkinkan terjadinya pergerakan dengan kecepatan superluminal, hal ini bertentangan dengan teori relativitas Einstein.

Dari sinilah ide tentang lubang cacing muncul. Lubang ini menyatukan dua bagian alam semesta, seperti terowongan yang menghubungkan dua kota yang dipisahkan oleh gunung yang tinggi. Sayangnya, lubang cacing hanya mungkin terjadi dalam ruang hampa absolut. Di alam semesta kita, lubang-lubang ini sangat tidak stabil: lubang-lubang ini bisa saja runtuh sebelum pesawat ruang angkasa tiba di sana.

Namun, untuk membuat lubang cacing yang stabil, Anda dapat menggunakan efek yang ditemukan oleh orang Belanda Hendrik Casimir. Ini terdiri dari tarik-menarik timbal balik dari benda-benda yang tidak bermuatan di bawah pengaruh osilasi kuantum dalam ruang hampa. Ternyata ruang hampa tidak sepenuhnya kosong, terdapat fluktuasi medan gravitasi di mana partikel dan lubang cacing mikroskopis muncul dan menghilang secara spontan.

Yang tersisa hanyalah menemukan salah satu lubang dan meregangkannya, menempatkannya di antara dua bola superkonduktor. Satu mulut lubang cacing akan tetap berada di Bumi, yang lainnya akan dipindahkan oleh pesawat ruang angkasa dengan kecepatan mendekati cahaya menuju bintang - objek terakhir. Artinya, pesawat luar angkasa seolah-olah akan menerobos terowongan. Begitu kapal luar angkasa mencapai tujuannya, lubang cacing akan terbuka untuk perjalanan antarbintang secepat kilat, yang durasinya akan diukur dalam hitungan menit.

GELEMBUNG GANGGUAN

Mirip dengan teori lubang cacing adalah gelembung warp. Pada tahun 1994, fisikawan Meksiko Miguel Alcubierre melakukan perhitungan berdasarkan persamaan Einstein dan menemukan kemungkinan teoritis deformasi gelombang dari kontinum spasial. Dalam hal ini, ruang di depan pesawat ruang angkasa akan terkompresi dan sekaligus mengembang di belakangnya. Kapal luar angkasa seolah-olah ditempatkan dalam gelembung kelengkungan, mampu bergerak dengan kecepatan tak terbatas. Ide jeniusnya adalah bahwa pesawat ruang angkasa berada di dalam gelembung kelengkungan, dan hukum relativitas tidak dilanggar. Pada saat yang sama, gelembung kelengkungan itu sendiri bergerak, mendistorsi ruang-waktu secara lokal.

Meskipun kita tidak bisa bergerak lebih cepat dari cahaya, tidak ada yang bisa mencegah pergerakan ruang atau pembengkokan ruang-waktu yang menyebar lebih cepat dari cahaya, yang diyakini terjadi segera setelah Big Bang ketika Alam Semesta terbentuk.

Semua ide ini belum sesuai dengan kerangka ilmu pengetahuan modern, namun pada tahun 2012, perwakilan NASA mengumumkan persiapan uji eksperimental teori Dr. Alcubierre. Siapa tahu, mungkin teori relativitas Einstein suatu saat akan menjadi bagian dari teori global baru. Sebab, proses belajar tidak ada habisnya. Artinya suatu saat kita akan mampu menembus duri menuju bintang.

Irina GROMOVA