espectacular sequência de tiros foi tirada do Hangar AF na estação da Força Aérea de Cabo Canaveral, com uma nave de recuperação de foguetes sólidos em primeiro plano. Para toda a nossa história na terra, a única forma de alcançarmos o espaço é através do uso de combustíveis químicos.Enquanto nossos foguetes baseados em químicos nos levaram a uma miríade de planetas, luas e outros corpos no sistema Solar, a mais distante espaçonave já lançada pela humanidade — Voyager 1 — está apenas a 22,3 bilhões de quilômetros (13,9 bilhões de milhas) da Terra: apenas 0,056% da distância ao sistema estelar mais próximo conhecido. Com a tecnologia atual, levaria cerca de 100.000 anos para viajar para outro sistema estelar.mas não há necessidade de nos limitarmos a fazer as coisas como estamos a fazer agora. Com a tecnologia certa, poderíamos melhorar enormemente o quão eficiente é obter uma massa de carga útil grande, talvez até mesmo uma que transportasse humanos a bordo, para distâncias sem precedentes em todo o universo. Em particular, há quatro tecnologias que têm o potencial de nos levar às estrelas em prazos muito mais curtos. Eis como.
testing in 1967. Este foguete é alimentado por conversão de massa/energia, e é sustentado pela famosa equação E=mc^2. Embora este conceito nunca tenha levado a um foguete bem sucedido, pode ser o futuro das viagens espaciais interestelares.
ECF (Experimental Engine Cold Flow) experimental nuclear rocket engine, NASA, 1967
1.) A opção nuclear. Neste ponto da história da Humanidade, cada foguete que lançamos para o espaço tem uma coisa em comum: é impulsionado por combustível químico. Sim, combustível de foguete é uma mistura especial de química de combustíveis projetado para maximizar o impulso, mas a “química do combustível” parte é muito importante: ele afirma que as reações ligar dependem o rearranjo das ligações entre vários átomos para fornecer energia.isto é fundamentalmente limitante! Para um átomo, a esmagadora maioria da sua massa está no núcleo do átomo: 99,95%. Quando você está se engajando em uma reação química, os elétrons orbitando os átomos são rearranjados, tipicamente liberando em torno de 0,0001% da massa total dos átomos envolvidos na forma de energia, através da famosa equação de Einstein: E = mc2. Isso significa que, por cada 1 quilo de combustível que carregas no teu foguete, só terás o equivalente de energia de algum lugar no estádio de 1 miligrama de massa fora da reacção.
instalação são o primeiro passo para aumentar a energia dos feixes laser enquanto eles fazem o seu caminho para a câmara alvo. A NIF atingiu recentemente um shot de 500 terawatt-mil vezes mais poder do que os Estados Unidos usam em qualquer instante no tempo. A fusão Nuclear é milhares de vezes mais eficiente do que qualquer reacção química.Damien Jemison/LLNL
mas se você foi com um combustível nuclear, essa história muda dramaticamente. Em vez de depender de mudar a forma como os electrões são configurados e como os átomos estão ligados entre si, poderíamos libertar quantidades relativamente enormes de energia alterando a forma como os próprios núcleos atómicos estão ligados uns aos outros. Quando você divide um átomo de urânio bombardeando-o com um nêutron, ele emite uma enorme quantidade de energia em comparação com qualquer reação química: 1 quilograma de combustível U-235 pode liberar o equivalente de energia de 911 miligramas de massa, um fator de ~1000 vezes mais eficiente do que combustíveis químicos.se, em vez disso, dominássemos a fusão nuclear, tal como com um sistema de fusão de confinamento inercial capaz de fundir hidrogénio em hélio-a mesma reacção em cadeia que ocorre ao sol — poderíamos tornar — nos ainda mais eficientes. A fusão de 1 quilograma de combustível de hidrogênio em hélio transformaria 7,5 gramas de massa em energia pura, tornando-a quase 10 mil vezes mais eficiente que os combustíveis químicos.
A chave é que seríamos capazes de alcançar as mesmas acelerações para um foguete por longos períodos de tempo.: centenas ou mesmo milhares de vezes mais tempo, permitindo-nos atingir velocidades centenas ou milhares de vezes maiores do que os foguetes convencionais alcançam hoje. Poderia reduzir o tempo de viagem interestelar para meros séculos ou talvez mesmo décadas. É uma via promissora que pode ser alcançável, dependendo de como a tecnologia se desenvolve, antes de chegarmos ao ano 2100.
laser array striking and accelerating a relatively large-area, low-mass spacecraft. Isso tem o potencial de acelerar objetos não-vivos para velocidades que se aproximam da velocidade da luz, tornando possível uma viagem interestelar dentro de uma única vida humana.
© 2016 UCSB Experimental Cosmology Group
2.) A space-based laser array. Esta foi a ideia principal por trás do conceito” Breakthrough Starshot ” que ganhou notoriedade há alguns anos, e continua a ser um conceito emocionante. Enquanto as espaçonaves convencionais dependem de trazer seu próprio combustível a bordo e gastá-lo para se auto-acelerar, a idéia chave em jogo aqui é que um grande, de alta potência laser array iria fornecer o impulso necessário para uma espaçonave externa. Em outras palavras, a fonte do impulso seria separada da própria nave espacial.este é um conceito fascinante e revolucionário de muitas maneiras. A tecnologia Laser está se tornando com sucesso não só mais poderosa, mas também mais altamente colimada, o que significa que se pudermos projetar um material semelhante à vela que possa refletir uma porcentagem alta o suficiente dessa luz laser, poderíamos usar essa explosão laser para acelerar uma nave espacial para velocidades tremendas longe da fonte de nossa matriz. Um “starchip” de ~1 grama de massa poderia atingir ~20% da velocidade da luz, o que lhe permitiria chegar a Proxima Centauri, a nossa estrela mais próxima, em apenas 22 anos.
nave estelar, tem o potencial de acelerar uma nave espacial para cerca de 20% da velocidade da luz e alcançar outra estrela em uma vida humana. É possível que, com energia suficiente, possamos até enviar uma nave espacial para percorrer as distâncias interestelares.claro, teríamos de construir uma tremenda matriz de laser.: cerca de 100 quilômetros quadrados de lasers, e teríamos que fazê-lo no espaço, mas isso é um problema de custo, não ciência ou tecnologia. Mas há problemas tecnológicos que têm de ser superados para que isto funcione, incluindo:
- não suportado vela vai começar a girar, e requer algum tipo de (subdesenvolvido) mecanismo de estabilização,
- o fato de que não há nenhuma maneira de desacelerar depois que você torná-lo para o seu destino, uma vez que não há a bordo de combustível,
- e mesmo se pudesse escala-lo para o transporte de seres humanos, as acelerações seria muito grande a necessidade de uma grande mudança de velocidade ao longo de um curto período de tempo — para um ser humano sobreviver.
esta tecnologia pode, talvez, um dia nos levar às estrelas, mas um plano bem sucedido para levar os seres humanos até ~20% a velocidade da luz ainda não saiu.
da energia pura é uma reação completamente reversível (direita), com a aniquilação de matéria / antimatéria de volta à energia pura. Nós sabemos como criar e destruir antimatéria, usando a matéria junto com ela para recuperar energia pura em uma forma utilizável, como fótons.
Dmitri Pogosyan / University of Alberta
3.) Combustível antimatéria. Se vamos trazer combustível conosco, Mais vale torná-lo o combustível mais eficiente possível: aniquilações matéria-antimatéria. Ao invés de combustíveis de base química ou mesmo de base nuclear, onde apenas uma parte da massa trazida a bordo é convertida em energia, uma aniquilação matéria-antimatéria converteria 100% da massa de matéria e antimatéria em energia. Este é o último em eficiência para o combustível: a perspectiva de converter tudo isso em energia que poderia ser usada para o impulso.
A dificuldade está apenas na prática, e em particular, em três frentes:
- a criação de estável, neutro antimatéria,
- a capacidade de isolar-lo longe de matéria normal e precisão, o controle,
- e para produzir em grandes quantidades suficientes de que ele poderia ser útil para viagens interestelares.
Excitingly enough, the first two challenges are already being overcome.
partículas carregadas de antimatéria são reunidas e podem formar íons positivos, átomos neutros ou íons negativos, dependendo do número de positrões que se ligam a um antipróton. Se conseguirmos capturar e armazenar antimatéria, ela representará uma fonte de combustível 100% eficiente, mas muitas toneladas de antimatéria, ao contrário das frações minúsculas de um grama que criamos, seriam necessárias para uma viagem interestelar.
E. Siegel
No CERN, o lar do Grande colisor de Hádrons, que há um enorme complexo conhecido como “a antimatéria fábrica”, onde pelo menos seis equipes separadas estão pesquisando as diversas propriedades da antimatéria. Eles pegam antiprotões e os atrasam, forçando positrões a se ligar com eles: criando anti-átomos, ou antimatéria neutra.
eles confinam estes anti-átomos em um recipiente com alternância de campos elétricos e magnéticos, que efetivamente fixá-los no lugar, longe das paredes do recipiente que são feitas de matéria. Neste momento, em meados de 2020, isolaram e mantiveram estáveis múltiplos anti-átomos durante quase uma hora ao mesmo tempo. Em algum momento nos próximos anos, eles serão bons o suficiente para medir, pela primeira vez, se a antimatéria cai para cima ou para baixo em um campo gravitacional.
não é necessariamente uma tecnologia de curto prazo, mas pode acabar sendo o nosso meio mais rápido de viajar interestelar de todos: um foguete movido a antimatéria.
combustível, mas se um motor de matéria escura foi criado, novo combustível é sempre encontrado simplesmente viajando através da galáxia. Como a matéria escura não interage com a matéria normal (principalmente), mas passa através dela, você não teria qualquer dificuldade em coletá-la em um volume específico de espaço; ela estaria sempre lá enquanto você se movia através da galáxia.
NASA/MSFC
4.) Uma nave espacial movida por matéria escura. Este, reconhecidamente, baseia-se em uma suposição sobre qualquer partícula é responsável pela matéria escura: que ela se comporta como um bosão, tornando-se sua própria antipartícula. Em teoria, a matéria escura que é a sua própria antipartícula terá uma pequena mas não-zero chance de aniquilar com qualquer outra partícula de matéria escura com a qual colide, liberando energia que poderíamos potencialmente alavancar no processo.
Há algumas evidências potenciais para isso, como não só a Via Láctea, mas outras galáxias também são observadas como tendo um excesso inexplicável de raios gama vindo de seus centros galácticos, onde a densidade da matéria escura deve ser maior. É sempre possível que haja uma explicação Astrofísica mundana para isso — como pulsares — mas também é possível que a matéria escura esteja aniquilando consigo mesma nos centros das galáxias, trazendo uma possibilidade incrível: uma nave espacial alimentada a matéria escura.
enorme halo de matéria escura difusa, indicando que deve haver matéria escura fluindo através do sistema solar. Embora ainda tenhamos de detectar a matéria negra directamente, a sua presença abundante em toda a nossa galáxia e para além dela pode fornecer uma receita perfeita para o combustível perfeito de foguetão imaginável.
Robert Caldwell & Marc Kamionkowski Natureza 458, 587-589 (2009)
A vantagem deste é que a matéria escura é, literalmente, em toda a galáxia, ou seja, que não seria necessário para levar combustível conosco em uma jornada para onde quer que fosse. Em vez disso, um “reator” de matéria escura poderia simplesmente:
- tomar qualquer matéria escura aconteceu para passar dentro dele,
- quer facilitar a sua aniquilação ou deixe-o aniquilar-se naturalmente,
- e redirecionar a exaustão para conseguir impulso em qualquer direção que desejar,
e podemos controlar o tamanho e a magnitude do reator para alcançar os resultados desejados.sem a necessidade de transportar combustível a bordo, muitos dos problemas de viagens espaciais impulsionadas pela propulsão se tornariam não-problemAs. Em vez disso, seríamos capazes de alcançar o sonho final de viajar: aceleração constante ilimitada. Do ponto de vista da própria nave espacial, isso abriria uma das possibilidades mais imaginativas de todas, a capacidade de alcançar qualquer lugar no universo dentro de uma única vida humana.
destino se acelera a uma taxa constante de superfície da Terra a gravidade. Note que, dado tempo suficiente a uma aceleração de 1g, você pode alcançar qualquer lugar no universo dentro de uma única vida humana.
P. Fraundorf na Wikipedia
Se nos restringirmos à tecnologia atual de foguetes, levará dezenas de milhares de anos — no mínimo — para completar uma viagem da terra para o sistema solar mais próximo além do nosso. Mas enormes avanços nas tecnologias de propulsão estão ao alcance, e podem reduzir essa jornada para dentro de uma única vida humana. Se pudermos dominar o uso de combustível nuclear, de matrizes de laser spaceborne, de antimatéria, ou mesmo de matéria escura, poderíamos realizar nosso sonho de nos tornarmos uma civilização espacial sem invocar tecnologias de quebra física como o impulso warp.
Existem várias vias potenciais para transformar o que já foi demonstrado como cientificamente válido numa tecnologia de propulsão viável, viável e de próxima geração. Até o final do século, é absolutamente uma possibilidade que uma nave espacial que ainda não foi projetada vá ultrapassar novos horizontes, as missões pioneiras e Voyager como os objetos mais distantes da Terra. A ciência já lá está. Cabe-nos a nós olhar para além das limitações das nossas tecnologias actuais e realizar este sonho.