เราทุกคนถามคำถามนี้ในชีวิตของเรา: การเดินทางไปดวงดาวใช้เวลานานเท่าไหร่ มันอาจจะเป็นในช่วงชีวิตของตัวเองและการเดินทางแบบนี้อาจกลายเป็นบรรทัดฐานในสักวันหนึ่งได้ไหม? มีคำตอบที่เป็นไปได้มากมายสำหรับคำถามนี้ - บางคำง่าย ๆ ในนิยายวิทยาศาสตร์ แต่การหาคำตอบที่ครอบคลุมหมายถึงการพิจารณาหลายสิ่งหลายอย่าง
น่าเสียดายที่การประเมินที่เหมือนจริงใด ๆ มีแนวโน้มที่จะสร้างคำตอบที่จะกีดกันผู้ไร้อนาคตและผู้ที่ชื่นชอบการเดินทางระหว่างดวงดาว ชอบหรือไม่พื้นที่มีขนาดใหญ่มากและเทคโนโลยีของเรายังคงมีข้อ จำกัด มาก แต่เราควรพิจารณา“ ออกจากรัง” เราจะมีตัวเลือกมากมายสำหรับการเดินทางไปยังระบบสุริยะที่ใกล้ที่สุดในกาแลคซีของเรา
ดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้โลกมากที่สุดคือดวงอาทิตย์ของเราซึ่งเป็นดาว“ เฉลี่ย” ที่ค่อนข้างยุติธรรมใน Hertzsprung - รัสเซลไดอะแกรม“ ลำดับหลัก” ซึ่งหมายความว่ามันมีความเสถียรสูงให้โลกมีแสงอาทิตย์ที่เหมาะสมสำหรับชีวิตที่จะวิวัฒนาการบนโลกของเรา เรารู้ว่ามีดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่นที่อยู่ใกล้กับระบบสุริยะของเราและดาวเหล่านี้จำนวนมากคล้ายกับของเราเอง
ในอนาคตหากมนุษยชาติต้องการออกจากระบบสุริยะเราจะมีตัวเลือกมากมายของดาวที่เราสามารถเดินทางไปได้และหลายคนอาจมีเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับชีวิตที่จะเติบโต แต่เราจะไปที่ไหนและใช้เวลานานเท่าไรกว่าจะถึงที่นั่น? เพียงจำไว้ว่าทั้งหมดนี้เป็นการเก็งกำไรและในปัจจุบันไม่มีมาตรฐานสำหรับการเดินทางระหว่างดวงดาว ที่ถูกกล่าวว่าไปเลย!
ดาวที่ใกล้ที่สุด:
ดังที่ระบุไว้แล้วดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้ที่สุดในระบบสุริยะของเราคือ Proxima Centauri ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงเหมาะสมที่สุดที่จะวางแผนภารกิจระหว่างดวงดาวกับระบบนี้ก่อน ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบดาวสามดวงที่เรียกว่า Alpha Centauri Proxima นั้นอยู่ห่างจากโลกประมาณ 4.24 ปีแสง (หรือ 1.3 พาร์เซก) อัลฟาเซ็นทอรีเป็นดาวที่สว่างที่สุดในสามดวงในระบบซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของไบนารีที่โคจรรอบโลกอย่างใกล้ชิด 4.37 ปีแสงจากโลกในขณะที่ดาวพร็อกซิมาเซ็นทอรี (ดาวพราวที่สาม) เป็นดาวแคระแดงแห่งหนึ่ง .
และในขณะที่การเดินทางระหว่างดวงดาวก่อให้เกิดวิสัยทัศน์ทุกประเภทของการเดินทาง Faster-Than-Light (FTL) ตั้งแต่ความเร็ววาร์ปและหนอนเพื่อกระโดดข้ามไดรฟ์ทฤษฎีดังกล่าวมีทั้งการเก็งกำไรสูง (เช่น Alcubierre Drive) หรือจังหวัดวิทยาศาสตร์ทั้งหมด เรื่องอ่านเล่น ในทุกโอกาสภารกิจห้วงอวกาศอาจจะใช้เวลาหลายชั่วอายุกว่าที่จะไปถึงที่นั่นมากกว่าสองสามวันหรือในทันทีทันใด
ดังนั้นเริ่มจากการเดินทางในอวกาศที่ช้าที่สุดรูปแบบใดการเดินทางไปยัง Proxima Centauri ใช้เวลานานเท่าใด
วิธีการปัจจุบัน:
คำถามที่ว่าต้องใช้เวลานานแค่ไหนในการหาสถานที่ในอวกาศนั้นค่อนข้างง่ายกว่าเมื่อต้องรับมือกับเทคโนโลยีและวัตถุที่มีอยู่ในระบบสุริยะของเรา ตัวอย่างเช่นการใช้เทคโนโลยีที่ขับเคลื่อนภารกิจ New Horizons ซึ่งประกอบด้วย 16 thrusters ที่เติมพลังด้วย monopropellant hydrazine การไปถึง Moon จะใช้เวลาเพียง 8 ชั่วโมง 35 นาที
ในทางกลับกันมีภารกิจ SMART-1 ของ European Space Agency (ESA) ซึ่งใช้เวลาเดินทางไปยังดวงจันทร์โดยใช้วิธีการขับไอออนิก ด้วยเทคโนโลยีปฏิวัตินี้การแปรผันที่ยานอวกาศ Dawn ใช้เพื่อไปถึงเวสต้าภารกิจ SMART-1 ใช้เวลาหนึ่งปีหนึ่งเดือนและสองสัปดาห์ในการไปถึงดวงจันทร์
ดังนั้นจากยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยจรวดอย่างรวดเร็วไปจนถึงไดรฟ์ไอออนที่ประหยัดเรามีตัวเลือกไม่กี่อย่างสำหรับการเดินทางรอบอวกาศท้องถิ่น - รวมทั้งเราสามารถใช้จูปิเตอร์หรือดาวเสาร์สำหรับหนังสติ๊กแรงโน้มถ่วงที่หนักหน่วง อย่างไรก็ตามหากเราต้องพิจารณาภารกิจที่ไกลออกไปอีกสักหน่อยเราจะต้องขยายเทคโนโลยีของเราและดูว่าอะไรเป็นไปได้จริง ๆ
เมื่อเราพูดถึงวิธีการที่เป็นไปได้เรากำลังพูดถึงสิ่งที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีที่มีอยู่หรือสิ่งที่ยังไม่มีอยู่ แต่เป็นไปได้ทางเทคนิค อย่างที่คุณเห็นจะได้รับเกียรติและพิสูจน์แล้วในขณะที่บางคนกำลังปรากฏตัวหรือยังอยู่ในคณะกรรมการ ในเกือบทุกกรณีพวกเขานำเสนอสถานการณ์ที่เป็นไปได้ (แต่ใช้เวลามากหรือมีราคาแพง) ในการเข้าถึงแม้กระทั่งดาวที่อยู่ใกล้ที่สุด ...
อิออนขับเคลื่อน:
ปัจจุบันรูปแบบการขับเคลื่อนที่ช้าที่สุดและประหยัดน้ำมันที่สุดคือเครื่องยนต์อิออน ไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาการขับด้วยไอออนิกถือเป็นเรื่องของนิยายวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีในการสนับสนุนเครื่องยนต์ไอออนได้เปลี่ยนจากทฤษฏีไปสู่การฝึกฝนครั้งใหญ่ ยกตัวอย่างเช่นภารกิจ SMART-1 ของ ESA ประสบความสำเร็จในการปฏิบัติภารกิจสู่ดวงจันทร์หลังจากใช้เส้นทางหมุนวน 13 เดือนจากโลก
SMART-1 ใช้เครื่องขับไอออนพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งใช้พลังงานไฟฟ้าจากแผงโซลาร์เซลล์และใช้เพื่อขับเคลื่อนเครื่องขับดัน Hall-effect มีเพียง 82 กิโลกรัมของจรวดซีนอนที่ใช้ในการขับเคลื่อน SMART-1 ไปยังดวงจันทร์ จรวดซีนอน 1 กิโลกรัมให้เดลต้า -v เป็น 45 m / s นี่เป็นรูปแบบการขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพสูง แต่ก็ไม่ได้รวดเร็ว
หนึ่งในภารกิจแรกที่ใช้เทคโนโลยีไดรฟ์ไอออนคือ ห้วงอวกาศ 1 ภารกิจของ Comet Borrelly ที่เกิดขึ้นในปี 1998 DS1 ยังใช้ไดรฟ์ไอออนที่ใช้พลังงานจากซีนอนโดยใช้แรงขับ 81.5 กิโลกรัม กว่า 20 เดือนของการผลักดัน DS1 ได้รับการจัดการเพื่อให้ได้ความเร็ว 56,000 กม. / ชม. (35,000 ไมล์ / ชั่วโมง) ในช่วงการบินผ่านของดาวหาง
ดังนั้นเครื่องขับไอออนจึงประหยัดกว่าเทคโนโลยีจรวดเนื่องจากแรงขับต่อมวลของจรวด (a.k.a. แรงกระตุ้นเฉพาะ) นั้นสูงกว่ามาก แต่มันใช้เวลานานสำหรับ ion thrusters ในการเร่งยานอวกาศให้เร็วมาก ๆ และความเร็วสูงสุดที่มันสามารถทำได้นั้นขึ้นอยู่กับการจ่ายเชื้อเพลิงและพลังงานไฟฟ้าที่มันสามารถสร้างได้
ดังนั้นหากใช้การขับเคลื่อนด้วยไอออนิกสำหรับภารกิจของ Proxima Centauri เครื่องขับดันจะต้องมีแหล่งผลิตพลังงานขนาดใหญ่ (เช่นพลังงานนิวเคลียร์) และจรวดจำนวนมาก (แม้ว่าจะยังน้อยกว่าจรวดธรรมดา) แต่จากข้อสันนิษฐานว่าปริมาณของจรวดขับเคลื่อนซีนอน 81.5 กิโลกรัมแปลเป็นความเร็วสูงสุด 56,000 กม. / ชม. (และไม่มีแรงขับรูปแบบอื่น ๆ เช่นหนังสติ๊กโน้มถ่วงเพื่อเร่งความเร็วต่อไป) การคำนวณบางอย่างสามารถ ทำ
ในระยะสั้นที่ความเร็วสูงสุด 56,000 กม. / ชม. ห้วงอวกาศ 1 จะรับช่วงต่อ 81,000 ปี เพื่อสำรวจ 4.24 ปีแสงระหว่างโลกกับ Proxima Centauri เพื่อกำหนดช่วงเวลานั้นให้เป็นมุมมองนั่นจะเป็นมนุษย์กว่า 2,700 รุ่น ดังนั้นจึงปลอดภัยที่จะกล่าวว่าภารกิจของเครื่องยนต์ไอออนระหว่างดาวเคราะห์จะช้าเกินไปที่จะพิจารณาสำหรับภารกิจระหว่างดวงดาวที่มีคนจัดการ
แต่ถ้าจะให้ไอออนทรัสเตอร์มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น (เช่นความเร็วของไอเสียจะต้องสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ) และจรวดที่มากพอจะถูกดึงออกมาเพื่อให้ยานยังคงเดินทางต่อไปตลอดทั้งปี 4.243 ที่ลดลง. ยังไม่เพียงพอที่จะเกิดขึ้นในชีวิตของใครบางคน
วิธีการช่วยแรงโน้มถ่วง:
วิธีที่เร็วที่สุดที่มีอยู่ของการเดินทางในอวกาศเป็นที่รู้จักกันในชื่อ Gravity Assist method ซึ่งเกี่ยวข้องกับยานอวกาศที่ใช้การเคลื่อนที่แบบสัมพัทธ์ (เช่นวงโคจร) และแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ที่จะเปลี่ยนเป็นเส้นทางและความเร็ว แรงโน้มถ่วงช่วยเป็นเทคนิค spaceflight ที่มีประโยชน์มากโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้โลกหรือดาวเคราะห์ขนาดใหญ่อื่น (เช่นยักษ์ก๊าซ) เพื่อเพิ่มความเร็ว
นาวิน 10 ยานอวกาศเป็นคนแรกที่ใช้วิธีนี้โดยใช้แรงดึงดูดของดาวศุกร์เพื่อยิงหนังสติ๊กเข้าหาดาวพุธในเดือนกุมภาพันธ์ปี 1974 ในยุค 80 รอบโลก 1 ยานสำรวจใช้ดาวเสาร์และดาวพฤหัสบดีสำหรับหนังสติ๊กแรงโน้มถ่วงเพื่อบรรลุความเร็วปัจจุบันที่ 60,000 กม. / ชม. (38,000 ไมล์ / ชั่วโมง) และทำให้มันกลายเป็นอวกาศระหว่างดวงดาว
อย่างไรก็ตามมันเป็น Helios 2 ภารกิจ - ซึ่งเปิดตัวในปี 1976 เพื่อศึกษาสื่อดาวเคราะห์จาก 0.3 AU ถึง 1 AU ไปยังดวงอาทิตย์ - ซึ่งเก็บบันทึกความเร็วสูงสุดที่ทำได้ด้วยการช่วยแรงโน้มถ่วง ในเวลานั้น Helios 1 (ซึ่งเปิดตัวในปี 1974) และ Helios 2 จัดทำบันทึกสำหรับแนวทางที่ใกล้เคียงที่สุดกับดวงอาทิตย์ Helios 2 เปิดตัวโดยยานอวกาศของนาซาไททัน / เซ็นทอร์แบบดั้งเดิมและวางไว้ในวงโคจรที่มีวงรีสูง
เนื่องจากความเยื้องศูนย์กลางขนาดใหญ่ (0.54) ของวงโคจรดวงอาทิตย์โพรบ (190 วัน) ที่ระยะดวงอาทิตย์ Helios 2 สามารถเข้าถึงความเร็วสูงสุดมากกว่า 240,000 กม. / ชม. (150,000 ไมล์ / ชม.) ความเร็วในการโคจรนี้ได้มาจากแรงดึงดูดของดวงอาทิตย์เพียงอย่างเดียว ในทางเทคนิคแล้ว Helios 2 perihelion velocity ไม่ใช่ slingshot ความโน้มถ่วงมันเป็นความเร็วการโคจรสูงสุด แต่ก็ยังคงบันทึกว่าเป็นวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นเร็วที่สุดโดยไม่คำนึงถึง
ดังนั้นถ้า รอบโลก 1 กำลังเดินทางไปในทิศทางของดาวแคระ Proxima Centauri ที่ความเร็วคงที่ 60,000 กม. / ชม. ใช้เวลา 76,000 ปี (หรือมากกว่า 2,500 ชั่วอายุคน) เพื่อเดินทางไกล แต่ถ้ามันสามารถบรรลุความเร็วทำลายสถิติของ Helios 2การเข้าใกล้ดวงอาทิตย์ - ความเร็วคงที่ 240,000 กม. / ชม. - ใช้เวลา 19,000 ปี (หรือมากกว่า 600 รุ่น) เพื่อเดินทาง 4.243 ปีแสง อย่างมีนัยสำคัญดีกว่า แต่ก็ยังไม่ได้อยู่ในขอบเขตของการปฏิบัติจริง
ไดรฟ์แม่เหล็กไฟฟ้า (EM):
อีกวิธีที่เสนอในการเดินทางระหว่างดวงดาวนั้นมาในรูปแบบของ Radio Frequency (RF) Resonant Cavity Thruster หรือที่รู้จักกันในชื่อ EM Drive นำเสนอครั้งแรกในปี 2544 โดย Roger K. Shawyer นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้ก่อตั้ง Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) เพื่อนำไปสู่การบรรลุผลไดรฟ์นี้สร้างขึ้นจากแนวคิดที่ว่าช่องไมโครเวฟคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นแรงขับโดยตรง .
ในขณะที่ขับดันแม่เหล็กไฟฟ้าแบบดั้งเดิมได้รับการออกแบบมาเพื่อขับเคลื่อนมวลบางประเภท (เช่นอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออน) ระบบขับเคลื่อนนี้จะอาศัยการไม่มีปฏิกิริยาต่อมวลและไม่มีการแผ่รังสีทิศทาง ข้อเสนอดังกล่าวได้พบกับความสงสัยอย่างมากเพราะส่วนใหญ่เป็นการละเมิดกฎหมายการอนุรักษ์โมเมนตัม - ซึ่งระบุว่าภายในระบบจำนวนของโมเมนตัมยังคงที่และไม่ได้สร้างหรือทำลาย แต่เปลี่ยนผ่านการกระทำของ กองกำลัง.
อย่างไรก็ตามการทดลองกับการออกแบบเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้ให้ผลลัพธ์ที่เป็นบวก ในเดือนกรกฎาคมปี 2014 ที่การประชุมร่วมกันของ AIAA / ASME / SAE / ASEE ครั้งที่ 50 ในคลีฟแลนด์รัฐโอไฮโอนักวิจัยจากการวิจัยการขับเคลื่อนขั้นสูงของ NASA อ้างว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการทดสอบการออกแบบใหม่สำหรับไดรฟ์ขับเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้า
ติดตามในเดือนเมษายนปี 2015 เมื่อนักวิจัยที่ NASA Eagleworks (ส่วนหนึ่งของศูนย์อวกาศจอห์นสัน) อ้างว่าพวกเขาประสบความสำเร็จในการทดสอบไดรฟ์ในสุญญากาศบ่งชี้ว่ามันอาจทำงานในอวกาศได้จริง ในเดือนกรกฎาคมของปีเดียวกันนั้นทีมวิจัยจากแผนกระบบอวกาศของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดรสเดนได้สร้างเครื่องยนต์ขึ้นมาและสังเกตเห็นแรงขับที่ตรวจพบได้
และในปี 2010 ศาสตราจารย์หยางหยางแห่งมหาวิทยาลัยสารพัดช่าง Northwestern ในซีอานประเทศจีนเริ่มตีพิมพ์เอกสารเกี่ยวกับการวิจัยของเธอเกี่ยวกับเทคโนโลยี EM Drive สิ่งนี้เกิดขึ้นในบทความปี 2012 ของเธอซึ่งเธอรายงานว่ากำลังไฟฟ้าเข้าสูงขึ้น (2.5kW) และทดสอบแรงขับ (720mN) ระดับ ในปี 2557 เธอรายงานการทดสอบอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการวัดอุณหภูมิภายในด้วยเทอร์โมคัปเปิลฝังตัวซึ่งดูเหมือนจะยืนยันว่าระบบทำงานได้
จากการคำนวณตามต้นแบบของนาซ่า (ซึ่งให้ผลการประมาณกำลังไฟที่ 0.4 นิวตันต่อกิโลวัตต์) ยานอวกาศที่มีไดรฟ์ EM สามารถเดินทางไปดาวพลูโตได้ในเวลาน้อยกว่า 18 เดือน นั่นเป็นหนึ่งในหกของเวลาที่ใช้ในการสำรวจ New Horizons ซึ่งเดินทางด้วยความเร็วเกือบ 58,000 กม. / ชม. (36,000 ไมล์ต่อชั่วโมง)
ฟังดูน่าประทับใจ แต่ถึงแม้ว่าจะเป็นเช่นนั้นมันก็จะนำเรือที่ติดตั้งเครื่องยนต์ EM ไป 13,000 ปี เพื่อให้เรือไปถึง Proxima Centauri เข้าใกล้ แต่ไม่เร็วพอ! และจนกว่าจะถึงเวลาที่เทคโนโลยีสามารถพิสูจน์ได้อย่างชัดเจนในการทำงานมันไม่สมเหตุสมผลเลยที่จะใส่ไข่ของเราลงในตะกร้านี้
เครื่องขับเคลื่อนไฟฟ้าด้วยความร้อน / นิวเคลียร์ (NTP / NEP):
ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งสำหรับการบินอวกาศระหว่างดวงดาวคือการใช้ยานอวกาศที่ติดตั้งเครื่องยนต์นิวเคลียร์ซึ่งเป็นแนวคิดที่องค์การนาซ่าสำรวจมานานหลายทศวรรษ ในจรวดความร้อนนิวเคลียร์ (NTP) ปฏิกิริยายูเรเนียมหรือดิวเทอเรียมถูกใช้เพื่อให้ความร้อนไฮโดรเจนเหลวภายในเครื่องปฏิกรณ์ทำให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนไอออน (พลาสมา) ซึ่งจะถูกส่งผ่านหัวฉีดจรวดเพื่อสร้างแรงผลักดัน
จรวด NEPE Electric Propulsion (NEP) เกี่ยวข้องกับเครื่องปฏิกรณ์พื้นฐานแบบเดียวกันที่แปลงความร้อนและพลังงานเป็นพลังงานไฟฟ้าจากนั้นจะให้พลังงานแก่เครื่องยนต์ไฟฟ้า ในทั้งสองกรณีจรวดจะพึ่งพาฟิชชันนิวเคลียร์หรือฟิวชั่นเพื่อสร้างแรงขับแทนที่จะเป็นสารเคมีซึ่งเป็นแกนนำของ NASA และหน่วยงานอวกาศอื่น ๆ จนถึงปัจจุบัน
เมื่อเปรียบเทียบกับการขับเคลื่อนทางเคมีทั้ง NTP และ NEC มีข้อดีหลายประการ สิ่งแรกและชัดเจนที่สุดคือความหนาแน่นพลังงานที่ไม่ จำกัด ที่เปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงจรวด นอกจากนี้เครื่องยนต์ที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ยังสามารถให้แรงขับที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับปริมาณของจรวดที่ใช้ สิ่งนี้จะลดปริมาณการขับเคลื่อนทั้งหมดที่ต้องการดังนั้นจึงเป็นการลดน้ำหนักการยิงและค่าใช้จ่ายของแต่ละภารกิจ
แม้ว่าจะไม่มีเครื่องยนต์ความร้อนจากนิวเคลียร์บินมา แต่แนวคิดการออกแบบหลายอย่างได้ถูกสร้างและทดสอบในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาและมีการเสนอแนวคิดมากมาย สิ่งเหล่านี้มีตั้งแต่การออกแบบแกนกลางแบบดั้งเดิมเช่นเครื่องยนต์นิวเคลียร์สำหรับแอพพลิเคชั่นยานพาหนะจรวด (NERVA) ไปจนถึงแนวความคิดที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพมากขึ้นซึ่งขึ้นอยู่กับแกนของเหลวหรือแกนก๊าซ
อย่างไรก็ตามแม้จะมีข้อได้เปรียบเหล่านี้ในการประหยัดน้ำมันและแรงกระตุ้นเฉพาะแนวคิด NTP ที่ซับซ้อนที่สุดมีแรงกระตุ้นเฉพาะสูงสุด 5,000 วินาที (50 kN · s / kg) การใช้เครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ขับเคลื่อนด้วยฟิชชันหรือฟิวชั่นนักวิทยาศาสตร์ของนาซ่าประเมินว่าจะต้องใช้ยานอวกาศเพียง 90 วันในการเดินทางสู่ดาวอังคารเมื่อดาวเคราะห์อยู่ที่ "การต่อต้าน" - เช่นใกล้เคียงกับ 55,000,000 กม. จากโลก
แต่ปรับสำหรับการเดินทางทางเดียวไปยัง Proxima Centauri จรวดนิวเคลียร์จะยังคงใช้เวลาหลายศตวรรษเพื่อเร่งความเร็วจนถึงจุดที่มันบินเพียงเศษเสี้ยวของความเร็วแสง จากนั้นจะต้องใช้เวลาเดินทางหลายทศวรรษตามด้วยการลดความเร็วลงอีกหลายศตวรรษก่อนถึงจุดหมายปลายทาง ทุกคนบอกว่าเรายังคงพูดถึง 1,000 ปี ก่อนถึงปลายทาง ดีสำหรับภารกิจอวกาศไม่เหมาะสำหรับภารกิจระหว่างดวงดาว
วิธีการเชิงทฤษฎี:
การใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่เวลาที่ใช้ในการส่งนักวิทยาศาสตร์และนักบินอวกาศในภารกิจระหว่างดวงดาวจะช้าลงอย่างผิดกฎหมาย ถ้าเราต้องการที่จะทำให้การเดินทางนั้นเป็นไปได้ในชั่วชีวิตคนเดียวหรือแม้กระทั่งคนรุ่นหนึ่งจะต้องมีสิ่งที่ต่างไปจากเดิมอย่างมาก และในขณะที่หนอนและเครื่องยนต์กระโดดอาจยังคงเป็นนิยายบริสุทธิ์ ณ จุดนี้มีความคิดค่อนข้างสูงที่ได้รับการพิจารณาในช่วงหลายปีที่ผ่านมา
แรงขับของชีพจรนิวเคลียร์:
แรงขับของพัลส์นิวเคลียร์เป็นรูปแบบที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีของการเดินทางในอวกาศอย่างรวดเร็ว แนวคิดนี้ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกในปี 1946 โดย Stanislaw Ulam นักคณิตศาสตร์ชาวโปแลนด์ - อเมริกันผู้มีส่วนร่วมในโครงการแมนฮัตตันและการคำนวณเบื้องต้นได้ทำโดย F. Reines และ Ulam ในปี 1947 โครงการจริง - รู้จักในชื่อ Project Orion - เริ่มต้นใน 2501 และจนถึง 2506
นำโดยเท็ดเทย์เลอร์ที่นายพลอะตอมมิกส์และนักฟิสิกส์อิสระไดสันจากสถาบันเพื่อการศึกษาขั้นสูงในพรินซ์ตัน Orion หวังที่จะควบคุมพลังของการระเบิดนิวเคลียร์แบบพัลซิ่งเพื่อให้ได้แรงขับขนาดใหญ่ที่มีแรงกระตุ้นเฉพาะสูงมาก จำนวนวินาทีที่จรวดสามารถยิงได้อย่างต่อเนื่อง)
โดยสรุปการออกแบบ Orion นั้นเกี่ยวข้องกับยานอวกาศขนาดใหญ่ที่มีจรวดเทอร์โมนิวเคลียร์จำนวนมากเพื่อให้เกิดแรงขับด้วยการปล่อยระเบิดที่อยู่ด้านหลังแล้วขี่คลื่นระเบิดด้วยความช่วยเหลือของแผ่นติดตั้งด้านหลังที่เรียกว่า "pusher" หลังจากการระเบิดแต่ละครั้งแรงระเบิดจะถูกดูดซับโดยแผ่นดันนี้ซึ่งแปลแรงผลักดันให้กลายเป็นโมเมนตัม
แม้ว่าจะไม่หรูหราตามมาตรฐานที่ทันสมัย แต่ข้อดีของการออกแบบก็คือมันสามารถรับแรงกระตุ้นที่เฉพาะเจาะจงได้สูงซึ่งหมายความว่ามันจะดึงพลังงานสูงสุดจากแหล่งเชื้อเพลิง (ในกรณีนี้คือระเบิดนิวเคลียร์) ในราคาที่ต่ำที่สุด นอกจากนี้แนวความคิดในทางทฤษฎีสามารถบรรลุความเร็วสูงมากโดยมีการประมาณการบางอย่างที่แนะนำรูปลูกบอลที่สูงถึง 5% ความเร็วแสง (หรือ 5.4 × 107 กม. / ชม)
แต่แน่นอนว่ามีข้อเสียอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้กับการออกแบบ สำหรับเรือขนาดนี้จะมีราคาแพงอย่างไม่น่าเชื่อในการสร้าง ตามการประมาณการที่ผลิตโดย Dyson ในปี 1968 ยานอวกาศ Orion ที่ใช้ระเบิดไฮโดรเจนในการสร้างแรงขับจะมีน้ำหนัก 400,000 ถึง 4,000,000 เมตริกตัน และอย่างน้อยสามในสี่ของน้ำหนักนั้นประกอบด้วยระเบิดนิวเคลียร์โดยที่หัวรบแต่ละตัวมีน้ำหนักประมาณ 1 เมตริกตัน
ทุกคนบอกว่าการคาดการณ์ที่ระมัดระวังที่สุดของไดสันทำให้ต้นทุนรวมของการสร้าง Orion craft อยู่ที่ 367 พันล้านดอลลาร์ ปรับให้เข้ากับอัตราเงินเฟ้อซึ่งคิดเป็นประมาณ 2.5 ล้านล้านดอลลาร์ซึ่งคิดเป็นสองในสามของรายได้ประจำปีของรัฐบาลสหรัฐฯ ดังนั้นแม้จะเบาที่สุดงานฝีมือก็จะแพงมากในการผลิต
นอกจากนี้ยังมีปัญหาเล็กน้อยของการแผ่รังสีทั้งหมดที่เกิดขึ้นไม่พูดถึงของเสียจากนิวเคลียร์ ในความเป็นจริงมันเป็นเพราะเหตุนี้โครงการจึงเชื่อว่าถูกยกเลิกเนื่องจากผ่านสนธิสัญญาห้ามทดสอบบางส่วนของปีพ. ศ. 2506 ซึ่งพยายาม จำกัด การทดสอบนิวเคลียร์และหยุดการปล่อยนิวเคลียร์ออกมาสู่ชั้นบรรยากาศมากเกินไป
จรวดฟิวชั่น:
ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งภายในขอบเขตของพลังงานนิวเคลียร์ที่ควบคุมได้นั้นเกี่ยวข้องกับจรวดที่ต้องอาศัยปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เพื่อสร้างแรงขับ สำหรับแนวคิดนี้พลังงานจะถูกสร้างขึ้นเมื่อเม็ดของผสมดิวเทอเรียม / ฮีเลียม -3 ถูกจุดติดในห้องปฏิกิริยาโดยการกักตัวเฉื่อยโดยใช้ลำอิเล็กตรอน (คล้ายกับสิ่งที่ทำที่ศูนย์ติดไฟแห่งชาติในแคลิฟอร์เนีย) เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นนี้จะทำให้เกิดการระเบิด 250 เม็ดต่อวินาทีเพื่อสร้างพลาสม่าพลังงานสูงซึ่งจะถูกนำโดยหัวแม่เหล็กเพื่อสร้างแรงขับ
เช่นเดียวกับจรวดที่อาศัยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แนวคิดนี้นำเสนอข้อได้เปรียบในเรื่องของประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและแรงกระตุ้นเฉพาะ มีการประมาณความเร็วไอเสียสูงถึง 10,600 กม. / วินาทีซึ่งเกินกว่าความเร็วของจรวดทั่วไป ยิ่งไปกว่านั้นเทคโนโลยียังได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาและมีการทำข้อเสนอมากมาย
ตัวอย่างเช่นระหว่างปี 1973 ถึงปี 1978 สมาคมดาวเคราะห์อวกาศของอังกฤษได้ทำการศึกษาความเป็นไปได้ที่เรียกว่า Project Daedalus อาศัยความรู้ในปัจจุบันของเทคโนโลยีฟิวชั่นและวิธีการที่มีอยู่การศึกษานี้เรียกร้องให้มีการสร้างโพรบทางวิทยาศาสตร์แบบสองขั้นตอนเพื่อเดินทางไปยังบาร์นาร์ดส์สตาร์ (5.9 ปีแสงจากโลก) ในครั้งเดียว
ในระยะแรกใหญ่กว่าของทั้งสองจะทำงานเป็นเวลา 2.05 ปีและเร่งยานอวกาศเป็น 7.1% ความเร็วแสง (o.071 ค) ขั้นตอนนี้จะถูกนำไปทิ้งที่จุดนี้ขั้นตอนที่สองจะจุดระเบิดเครื่องยนต์และเร่งยานอวกาศขึ้นไปประมาณ 12% ของความเร็วแสง (0.12 ค) ตลอดระยะเวลา 1.8 ปี เครื่องยนต์ขั้นที่สองจะถูกปิดลงและเรือจะเข้าสู่ระยะเวลาการล่องเรือ 46 ปี
ตามการประมาณการของโครงการภารกิจจะใช้เวลา 50 ปีในการเข้าถึงสตาร์ของบาร์นาร์ด ปรับให้เหมาะกับ Proxima Centauri ยานลำเดียวกันสามารถเดินทางได้ 36 ปี. แต่แน่นอนว่าโครงการดังกล่าวยังระบุบล็อกที่สะดุดมากมายที่ทำให้ไม่สามารถใช้เทคโนโลยีปัจจุบันได้ซึ่งส่วนใหญ่ยังไม่สามารถแก้ไขได้
ยกตัวอย่างเช่นมีข้อเท็จจริงที่ว่าฮีเลียม -3 นั้นหายากบนโลกซึ่งหมายความว่ามันจะต้องถูกขุดที่อื่น (เป็นไปได้มากที่สุดบนดวงจันทร์) ประการที่สองปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนยานอวกาศนั้นต้องการพลังงานที่ปล่อยออกมามากมายเกินกว่าพลังงานที่ใช้ในการกระตุ้นปฏิกิริยา และในขณะที่การทดลองบนโลกนี้เหนือกว่า "เป้าหมายคุ้มทุน" เรายังคงห่างไกลจากพลังงานประเภทต่าง ๆ ที่จำเป็นต่อการขับเคลื่อนยานอวกาศระหว่างดวงดาว
ประการที่สามมีปัจจัยต้นทุนสำหรับการสร้างเรือดังกล่าว แม้โดยฝีมือที่ไม่ได้ควบคุมมาตรฐานของ Project Daedalus แต่ฝีมือที่เติมน้ำมันอย่างเต็มที่จะมีน้ำหนักมากถึง 60,000 Mt เพื่อให้เห็นภาพรวม SLS ของนาซ่ามีน้ำหนักเพียง 30 ตันและการเปิดตัวครั้งเดียวมาพร้อมกับป้ายราคา 5 พันล้านดอลลาร์ (ขึ้นอยู่กับการประมาณการในปี 2556)
ในระยะสั้นจรวดฟิวชั่นไม่เพียง แต่จะมีราคาแพงในการสร้าง มันยังต้องการระดับของเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นที่เกินกว่าที่เราต้องการ Icarus Interstellar ซึ่งเป็นองค์กรระหว่างประเทศของนักวิทยาศาสตร์พลเมืองอาสาสมัคร (บางคนทำงานให้กับองค์การนาซ่าหรือ ESA) ได้พยายามฟื้นฟูแนวคิดด้วยโครงการอิคารัส ก่อตั้งขึ้นในปี 2009 กลุ่มหวังที่จะทำให้การขับเคลื่อนฟิวชั่น (เหนือสิ่งอื่นใด) เป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้
ฟิวชั่น Ramjet:
ยังเป็นที่รู้จักกันในนาม Bussard Ramjet รูปแบบการขับเคลื่อนทางทฤษฎีนี้ถูกเสนอขึ้นครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ Robert W. Bussard ในปี 1960 โดยทั่วไปมันเป็นการปรับปรุงมากกว่าจรวดนิวเคลียร์ฟิวชั่นมาตรฐานซึ่งใช้สนามแม่เหล็กในการบีบอัดเชื้อเพลิงไฮโดรเจน เกิดขึ้น แต่ในกรณีของ Ramjet นั้นช่องทางแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่“ scoops” ไฮโดรเจนจากสื่อระหว่างดวงดาวและทิ้งมันลงในเครื่องปฏิกรณ์เป็นเชื้อเพลิง
เมื่อเรือแล่นเร็วขึ้นมวลปฏิกิริยาจะถูกบีบให้เข้าสู่สนามแม่เหล็กที่มีการบีบอัดอย่างต่อเนื่องบีบอัดจนกว่าจะเกิดปฏิกิริยาฟิวชั่นทางนิวเคลียร์ความร้อน จากนั้นสนามแม่เหล็กจะนำพลังงานไปสู่จรวดไอเสียผ่านหัวฉีดของเครื่องยนต์เพื่อเร่งเรือ หากไม่มีถังน้ำมันเชื้อเพลิงใด ๆ ที่จะทำให้น้ำหนักลดลง ramjet ฟิวชั่นสามารถบรรลุความเร็วที่ใกล้ถึง 4% ของความเร็วแสงและเดินทางไปทุกที่ในกาแลคซี
อย่างไรก็ตามข้อเสียของการออกแบบนี้มีมากมาย ตัวอย่างเช่นมีปัญหาในการลาก เรืออาศัยความเร็วที่เพิ่มขึ้นในการสะสมเชื้อเพลิง แต่เมื่อมันชนกับไฮโดรเจนระหว่างดวงดาวมากขึ้นมันก็อาจสูญเสียความเร็วโดยเฉพาะในพื้นที่หนาแน่นของกาแลคซี ประการที่สองดิวเทอเรียมและไอโซโทป (ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชั่นบนโลกนี้) หายากในอวกาศในขณะที่การผสมไฮโดรเจนปกติ (ซึ่งมีอยู่มากมายในอวกาศ) อยู่นอกเหนือวิธีการปัจจุบันของเรา
แนวคิดนี้ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในนิยายวิทยาศาสตร์ บางทีตัวอย่างที่ดีที่สุดที่รู้จักกันนี้อยู่ในแฟรนไชส์ของ สตาร์เทรคที่ "นักสะสม Bussard" เป็นผู้โดยสารที่ส่องประกายในเครื่องยนต์วิปริต แต่ในความเป็นจริงความรู้ของปฏิกิริยาฟิวชั่นของเราจำเป็นต้องพัฒนาอย่างมากก่อนที่ ramjet จะเป็นไปได้ เราต้องคิดด้วยว่าปัญหาลากที่น่ารำคาญก่อนที่เราจะเริ่มสร้างเรือแบบนี้!
เลเซอร์เซล:
เรือสุริยะได้รับการพิจารณาว่าเป็นวิธีที่ประหยัดค่าใช้จ่ายในการสำรวจระบบสุริยะ นอกเหนือจากการผลิตที่ค่อนข้างง่ายและราคาถูกแล้วยังมีโบนัสเพิ่มเติมสำหรับเรือใบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง แทนที่จะใช้จรวดที่ต้องใช้จรวดยานนี้ใช้แรงดันการแผ่รังสีจากดาวฤกษ์เพื่อผลักกระจกที่บางเป็นพิเศษให้มีความเร็วสูง
อย่างไรก็ตามเพื่อการบินระหว่างดวงดาวการแล่นเรือดังกล่าวจะต้องได้รับการขับเคลื่อนด้วยลำแสงพลังงานที่มุ่งเน้น (เช่นเลเซอร์หรือไมโครเวฟ) เพื่อผลักให้ความเร็วเคลื่อนที่เข้าใกล้ความเร็วแสง แนวคิดนี้ถูกเสนอขึ้นโดย Robert Forward ในปี 1984 ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการวิจัยของ Hughes Aircraft ในเวลานั้น
แนวคิดนี้ยังคงรักษาประโยชน์ของใบเรือสุริยะไว้โดยที่มันไม่ต้องการเชื้อเพลิงบนเครื่องบิน แต่ก็ยังจากความจริงที่ว่าพลังงานเลเซอร์นั้นไม่กระจายไปตามระยะทางเกือบเท่ากับรังสีดวงอาทิตย์ ดังนั้นในขณะที่ใบเรือที่ขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์จะต้องใช้เวลาสักครู่ในการเร่งความเร็วใกล้แสงส่องสว่าง แต่จะ จำกัด เฉพาะความเร็วแสงเท่านั้น
จากการศึกษาของปี 2000 ที่ผลิตโดย Robert Frisbee ผู้อำนวยการศึกษาแนวคิดการขับเคลื่อนขั้นสูงที่ Jet Propulsion Laboratory ของ NASA พบว่าการแล่นด้วยเลเซอร์สามารถเร่งความเร็วแสงครึ่งหนึ่งในเวลาไม่ถึงทศวรรษ นอกจากนี้เขายังคำนวณว่าเรือขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 320 กิโลเมตร (200 ไมล์) สามารถเข้าถึง Proxima Centauri ได้ 12 ปี. ในขณะเดียวกันการแล่นเรือที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 965 กม. (600 ไมล์) ก็จะถึง 9 ปี.
อย่างไรก็ตามการแล่นเรือดังกล่าวจะต้องสร้างจากคอมโพสิตขั้นสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการละลาย เมื่อรวมกับขนาดของมันสิ่งนี้จะรวมกันเป็นเงินที่สวยมาก! ยิ่งแย่ไปกว่านั้นคือค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นจากการสร้างเลเซอร์ขนาดใหญ่และทรงพลังพอที่จะแล่นเรือไปครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง จากการศึกษาของ Frisbee ผู้เลเซอร์จะต้องใช้พลังงานอย่างต่อเนื่อง 17,000 terawatts - ใกล้เคียงกับสิ่งที่คนทั้งโลกบริโภคในวันเดียว
ปฏิสสารเครื่องยนต์:
แฟน ๆ ของนิยายวิทยาศาสตร์จะต้องได้ยินเสียงของปฏิสสาร แต่ในกรณีที่คุณไม่ได้ปฏิสสารนั้นเป็นวัสดุที่ประกอบด้วยปฏิสสารซึ่งมีมวลเท่ากัน แต่มีประจุตรงข้ามเป็นอนุภาคปกติ ขณะเดียวกันเครื่องยนต์แอนทายแมทเทอร์นั้นเป็นรูปแบบของแรงขับที่ใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารกับแอนทายแมทเทอร์เพื่อสร้างพลังงานหรือเพื่อสร้างแรงขับ
กล่าวโดยสรุปแล้วเครื่องยนต์แอนทายแมทเทอร์เกี่ยวข้องกับอนุภาคของไฮโดรเจนและแอนไฮโดรเจนทำให้ถูกกระแทกเข้าด้วยกัน ปฏิกิริยานี้ปลดปล่อยพลังงานได้มากเท่ากับระเบิดนิวเคลียร์แสนสาหัสพร้อมกับอนุภาคของอะตอมที่เรียกว่า pions และ muons อนุภาคเหล่านี้ซึ่งจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วหนึ่งในสามของแสงจะถูกส่งผ่านโดยหัวแม่เหล็กเพื่อสร้างแรงขับ
ข้อได้เปรียบของจรวดประเภทนี้คือส่วนใหญ่ของมวลส่วนที่เหลือของสสาร / ปฏิสสารอาจถูกแปลงเป็นพลังงานทำให้จรวดปฏิสสารมีความหนาแน่นพลังงานสูงกว่าและมีแรงกระตุ้นเฉพาะสูงกว่าจรวดประเภทอื่น ๆ ยิ่งไปกว่านั้นการควบคุมปฏิกิริยานี้สามารถผลักจรวดได้ถึงครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง
ปอนด์สำหรับปอนด์เรือประเภทนี้จะเร็วและประหยัดเชื้อเพลิงที่สุดเท่าที่เคยมีมา ในขณะที่จรวดธรรมดาต้องการเชื้อเพลิงเคมีจำนวนมากเพื่อขับเคลื่อนยานอวกาศไปยังปลายทาง แต่แอนทายแมทเทอร์สามารถทำงานเดียวกันโดยใช้เชื้อเพลิงเพียงไม่กี่มิลลิกรัม ในความเป็นจริงการทำลายล้างร่วมกันของอนุภาคไฮโดรเจนและแอนติเจนครึ่งปอนด์จะปลดปล่อยพลังงานมากกว่าระเบิดไฮโดรเจน 10 เมกะตัน
ด้วยเหตุผลนี้เอง นาซ่า สถาบันแนวคิดขั้นสูง (NIAC) ได้ตรวจสอบเทคโนโลยีว่าเป็นวิธีที่เป็นไปได้สำหรับภารกิจดาวอังคารในอนาคต น่าเสียดายที่เมื่อใคร่ครวญภารกิจในระบบดาวใกล้เคียงปริมาณน้ำมันเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการเดินทางจะทวีคูณเป็นทวีคูณและค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องในการผลิตมันจะเป็นทางดาราศาสตร์ (ไม่ใช่ปุน!)
ตามรายงานที่จัดทำขึ้นสำหรับการประชุมและจัดแสดงนิทรรศการร่วม AIAA / ASME / SAE / ASEE ครั้งที่ 39 (เช่นโดย Robert Frisbee) จรวดปฏิสสารสองขั้นตอนจะต้องใช้เชื้อเพลิง 815,000 เมตริกตัน (900,000 ตัน) ถึง Proxima Centauri ในเวลาประมาณ 40 ปี นั่นไม่เลวเท่าที่ระยะเวลาดำเนินไป แต่ค่าใช้จ่ายอีกครั้ง ...
ในขณะที่ปฏิสสารหนึ่งกรัมจะผลิตพลังงานได้อย่างไม่น่าเชื่อเป็นที่คาดการณ์ว่าการผลิตเพียงหนึ่งกรัมจะต้องใช้พลังงานประมาณ 25 ล้านล้านกิโลวัตต์ - ชั่วโมงและมีราคามากกว่าล้านล้านดอลลาร์ ปัจจุบันแอนทายแมทเทอร์ที่มนุษย์สร้างขึ้นมีจำนวนน้อยกว่า 20 นาโนกรัม
และแม้ว่าเราจะผลิตปฏิสสารสำหรับราคาถูกคุณจะต้องมีเรือขนาดใหญ่เพื่อเก็บเชื้อเพลิงที่ต้องการ จากรายงานของดร. Darrel Smith และ Jonathan Webby จากมหาวิทยาลัยการบินเอ็มบรี - ริดเดิ้ลในรัฐแอริโซนายานระหว่างดวงดาวที่ติดตั้งเครื่องยนต์ปฏิสสารสามารถเข้าถึง 0.5 ความเร็วของแสงและไปถึง Proxima Centauri ในเวลาเพียงเล็กน้อย 8 ปี. อย่างไรก็ตามตัวเรือเองจะมีน้ำหนัก 400 เมตริกตัน (441 ดอลลาร์สหรัฐ) และต้องการเชื้อเพลิงแอนทายแมทเทอร์ 170 ตัน (187 ดอลลาร์สหรัฐ) เพื่อเดินทาง
วิธีที่เป็นไปได้รอบนี้คือการสร้างเรือที่สามารถสร้างปฏิสสารซึ่งมันสามารถเก็บเป็นเชื้อเพลิง แนวคิดนี้เรียกว่าระบบสุญญากาศสู่แอนทายแมทเทอร์ระหว่างดวงดาว (VARIES) ซึ่งถูกเสนอโดย Richard Obousy แห่งอิคารัสระหว่างดวงดาว ตามแนวคิดของการเติมเชื้อเพลิงในแหล่งกำเนิดเรือ VARIES จะพึ่งพาเลเซอร์ขนาดใหญ่ (ขับเคลื่อนด้วยแผงพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่) ซึ่งจะสร้างอนุภาคของปฏิสสารเมื่อถูกยิงในพื้นที่ว่างเปล่า
เช่นเดียวกับแนวคิดของ Ramjet ข้อเสนอนี้แก้ปัญหาการบรรทุกน้ำมันโดยการควบคุมจากอวกาศ แต่อีกครั้งต้นทุนที่แท้จริงของเรือดังกล่าวจะมีราคาแพงโดยใช้เทคโนโลยีในปัจจุบัน นอกจากนี้ความสามารถในการสร้างปฏิสสารในปริมาณมากไม่ใช่สิ่งที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังมีเรื่องของการแผ่รังสีเนื่องจากการทำลายล้างสสารแอนทายแมทเทอร์สามารถสร้างรังสีแกมม่าพลังงานสูง
สิ่งนี้ไม่เพียง แต่เป็นอันตรายต่อลูกเรือ แต่ต้องมีการป้องกันการแผ่รังสีอย่างมีนัยสำคัญ แต่ต้องการให้เครื่องยนต์ได้รับการป้องกันเช่นกันเพื่อให้แน่ใจว่าพวกเขาจะไม่ได้รับความเสื่อมโทรมของอะตอมจากรังสีทั้งหมด บรรทัดล่างดังนั้นแอนทายแมทเทอร์นั้นทำไม่ได้อย่างสมบูรณ์กับเทคโนโลยีปัจจุบันของเราและในสภาพแวดล้อมของงบประมาณปัจจุบัน
Alcubierre Warp Drive:
แฟน ๆ ของนิยายวิทยาศาสตร์ไม่ต้องสงสัยเลยว่าคุ้นเคยกับแนวคิดของ Alcubierre (หรือ "Warp") นำเสนอโดย Miguel Alcubierre นักฟิสิกส์ชาวเม็กซิกันในปี 1994 วิธีการที่นำเสนอนี้เป็นความพยายามที่จะทำให้การเดินทาง FTL เป็นไปได้โดยไม่ละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของ Einstein ในระยะสั้นแนวคิดเกี่ยวกับการยืดผ้าของเวลาอวกาศในคลื่นซึ่งในทางทฤษฎีจะทำให้เกิดพื้นที่ข้างหน้าของวัตถุที่จะหดตัวและพื้นที่ด้านหลังมันจะขยาย
วัตถุในคลื่นนี้ (เช่นยานอวกาศ) จากนั้นจะสามารถขี่คลื่นนี้หรือที่เรียกว่า "ฟองวิปริต" เกินกว่าความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ เนื่องจากเรือไม่เคลื่อนที่ภายในฟองอากาศนี้ แต่ถูกขนย้ายไปพร้อมกับการเคลื่อนที่กฎของกาลอวกาศและสัมพัทธภาพจะหยุดใช้ เหตุผลก็คือวิธีนี้ไม่ได้อาศัยการเคลื่อนไหวที่เร็วกว่าแสงในแง่ของท้องถิ่น
มันเป็นเพียง "เร็วกว่าแสง" ในแง่ที่ว่าเรือสามารถไปถึงปลายทางได้เร็วกว่าลำแสงที่เดินทางไปนอกฟองวาร์ป ดังนั้นสมมติว่ายานอวกาศสามารถติดตั้งระบบ Alcubierre Drive ได้มันจะสามารถเดินทางไปยัง Proxima Centauri ใน น้อยกว่า 4 ปี. ดังนั้นเมื่อพูดถึงการเดินทางในอวกาศระหว่างดวงดาวทางทฤษฎีนี่เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มมากที่สุดอย่างน้อยก็ในแง่ของความเร็ว
โดยธรรมชาติแล้วแนวคิดดังกล่าวได้รับส่วนแบ่งจากข้อโต้แย้งในช่วงหลายปีที่ผ่านมา หัวหน้าในหมู่พวกเขาคือความจริงที่ว่ามันไม่ได้นำกลศาสตร์ควอนตัมมาพิจารณาและอาจถูกทำให้เป็นโมฆะโดยทฤษฎีของทุกสิ่ง (เช่นแรงโน้มถ่วงวงควอนตัม) การคำนวณปริมาณพลังงานที่ต้องการยังบ่งชี้ว่าไดรฟ์วาร์ปจะต้องใช้พลังงานที่ต้องห้ามในการทำงาน ความไม่แน่นอนอื่น ๆ ได้แก่ ความปลอดภัยของระบบดังกล่าวผลกระทบต่อเวลาว่างที่ปลายทางและการฝ่าฝืนสาเหตุ
However, in 2012, NASA scientist Harold Sonny White announced that he and his colleagues had begun researching the possibility of an Alcubierre Drive. In a paper titled “Warp Field Mechanics 101“, White claimed that they had constructed an interferometer that will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric.
In 2013, the Jet Propulsion Laboratory published results of a warp field test which was conducted under vacuum conditions. Unfortunately, the results were reported as “inconclusive”. Long term, we may find that Alcubierre’s metric may violate one or more fundamental laws of nature. And even if the physics should prove to be sound, there is no guarantee it can be harnessed for the sake of FTL flight.
In conclusion, if you were hoping to travel to the nearest star within your lifetime, the outlook isn’t very good. However, if mankind felt the incentive to build an “interstellar ark” filled with a self-sustaining community of space-faring humans, it might be possible to travel there in a little under a century if we were willing to invest in the requisite technology.
But all the available methods are still very limited when it comes to transit time. And while taking hundreds or thousands of years to reach the nearest star may matter less to us if our very survival was at stake, it is simply not practical as far as space exploration and travel goes. By the time a mission reached even the closest stars in our galaxy, the technology employed would be obsolete and humanity might not even exist back home anymore.
So unless we make a major breakthrough in the realms of fusion, antimatter, or laser technology, we will either have to be content with exploring our own Solar System or be forced to accept a very long-term transit strategy…
We have written many interesting articles about space travel here at Space Magazine. Here’s Will We Ever Reach Another Star?, Warp Drives May Come With a Killer Downside, The Alcubierre Warp Drive, How Far Is A Light Year?, When Light Just Isn’t Fast Enough, When Will We Become Interstellar?, and Can We Travel Faster Than the Speed of Light?
For more information, be sure to consult NASA’s pages on Propulsion Systems of the Future, and Is Warp Drive Real?
And fans of interstellar travel should definitely check out Icarus Interstellar and the Tau Zero Foundation websites. Keep reaching for those stars!
