우주 시대의 새벽 이래로, 물리학 자, 엔지니어 및 공상 과학 작가의 quixication 하위 문화는 점심 시간과 주말에 우주선에 대한 계획을 세우는 데 전념했습니다. 그 대부분 동안, 그들은 물리학에 중점을 두었습니다. 우리는 정말별로 날아갈 수 있습니까? 많은 사람들이 처음에는 그렇게 생각하지 않았지만 이제는 가능하다는 것을 알고 있습니다. 오늘날 문제는 다음과 같습니다. will 우리?
진실은, 우리는 이미 입니다 입니다 실제로 의미없이 별으로 날아갑니다. 1977 년에 시작된 트윈 보이저 우주 프로브는 오랫동안 외부 행성을 여행하려는 원래 목표를 견뎌냈으며 태양 영역의 경계에 도달했습니다. Voyager 1은 태양에서 124 개의 천문 단위 (au), 즉 지구보다 124 배 더 멀리 떨어져 있으며 연간 3.6 AU를 기록합니다. 그것이 이미 종료되었는지 여부는 "태양계"의 정의에 달려 있지만 분명히 행성을 넘어서는 길입니다. 그 악기는 태양의 에너지 입자와 자기장이 성간 공간의 사람들에게 전달되는 것을 목격했습니다. 보이저 팀 멤버이자 행성 과학자 인 랄프 맥 누 트 (Ralph McNutt)는 탐험을 구걸하는“이상한 플라즈마 구조”라고 묘사합니다. Voyagers가 직면 한 미스터리는 과학자들이 우주 숲에 더 깊이 빠져 나가는 후속 임무를 시작하도록 강요합니다. 그러나 어떤 종류의 우주선이 우리를 거기에 데려 갈 수 있습니까?
작게 :이온 드라이브
소행성 벨트에 대한 NASA의 새벽 프로브는 하나의 주요 추진 시스템 인 ION 드라이브를 보여주었습니다. 이온 드라이브는 총알보다는 원자를 발사하는 총과 같습니다. 배는 반동으로 앞으로 움직입니다. 이 시스템에는 추진제 탱크, 일반적으로 크세논 및 태양 전지판 또는 플루토늄 배터리와 같은 전원이 포함됩니다. 엔진은 먼저 외부 전자의 추진제 원자를 스트리핑하여 양전자를 양전합니다. 그런 다음 반대의 원칙에 따라 부정적인 하전 그리드는 원자를 선박 뒤쪽으로 끌어냅니다. 그들은 그리드를 오버 슈트하고 화학 로켓 배기 (총알보다 100 배 더 빠른 속도) 속도로 우주로 스트리밍합니다. 보이저 후 프로브의 경우, 이온 엔진은 15 년 정도 발사되어 보이저스의 속도를 여러 배로 던져서 사망 한 사람들이 죽기 전에 수백 개의 AU에 도달 할 수 있습니다.
Star Flight Aprusiasts는 또한 약 30 만 AU 떨어진 가장 가까운 스타 시스템 인 Alpha Centauri를 목표로 진정한 성간 임무를 위해 이온 드라이브를 숙고하고 있습니다. 세기 말까지 성간 여행을 달성하기위한 임무를 수행하는 비영리 단체 인 Icarus Interstellar는 10 킬로그램 미만의 작은 프로브 인 Project Tin Tin을 꿈꾸며 소형화 된 고성능 이온 드라이브를 장착했습니다. 여행은 여전히 수만 년이 걸리지 만 그룹은 Tin Tin을 기술 데모보다 현실적인 과학 임무로 덜보고 있습니다.
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빛 :태양 돛
일본 Ikaros 프로브에서 금성으로 사용한 태양 항해는 추진제와 엔진을 모두 제거합니다. 빛의 물리학을 이용합니다. 다른 움직임과 마찬가지로, 빛의 파도는 운동량을 가지고 있으며, 어떤 표면이 타격 을가합니다. 힘은 연약하지만 충분히 큰 표면, 낮은 질량 및 많은 시간이 있으면 눈에 띄게됩니다. 햇빛은 Kapton과 같은 큰 가벼운 재료를 인상적인 속도로 가속화 할 수 있습니다. 태양계를 피하는 데 필요한 속도에 도달하기 위해, 공예는 먼저 수은의 궤도를 감히 가깝게 태양을 향해 향할 것입니다.
그러한 항해 공예는 알파 센타 우리 (Alpha Centauri)로 교차로를 만들 수 있습니다. 돛은 태양에 얼마나 가까이 갈 수 있는지에 의해 속도가 제한되어 있으며, 이는 항해 재료의 내구성에 의해 제한됩니다. 뉴욕시 대학 교수이자 오랜 성인 여행 제안자 인 그레고리 매들 로프 (Gregory Matloff)는 가장 유망한 재료는 그래 핀 (charby graphite)의 컬트 틴 층입니다.
레이저 또는 전자 레인지 빔은 훨씬 더 근육 푸시를 제공 할 수 있습니다. 1980 년대 중반, 성간 여행의 도이 인 Robert Forward는 당시 인기있는 아이디어에 대해 피기 백을 제안했습니다. 태양 전원 위성은 궤도에서 태양 에너지를 수집하여 전자 레인지를 통해 지구로 흘러 내립니다. 운영을 시작하기 전에 궤도 발전소는 다운보다는 전원을 피우고 비울 수 있습니다. 10 기가 와트 역은 일주일 이내에 16 그램의 초경량 항해를 가속화 할 수 있습니다. 20 년 후, 우리는 Alpha Centauri에서 라이브 비디오를보기 시작했습니다.
이 "starwisp"체계에는 모호한 특징이 있습니다. 거대한 렌즈가 필요하며 항해는 매우 깨지기 쉽기 때문에 빔이 튀길 가능성이 높습니다. 그러나 우리는 인간의 생애 내에서 별에 도달 할 수 있음을 보여주었습니다.
큰 :핵 로켓
돛은 별들에게 작은 탐사선을 털어 낼 수 있지만 인간의 사명을 다룰 수는 없습니다. 전 세계가 현재 생성하는 것보다 수천 배 더 많은 전력을 소비하는 전자 레인지 빔이 필요합니다. 인간 우주 여행을위한 가장 잘 발달 된 제도는 1950 년대와 60 년대에 정부가 지원하는 프로젝트 Orion이 작업 한 핵 펄스 추진입니다.
처음들을 때,이 계획은 힌지가없는 것 같습니다. 300,000 개의 핵폭탄으로 우주선을 싣고 3 초마다 폭발하고 폭발파를 타십시오. 극단적이지만, 그것은 다른 로켓, 즉 반동과 동일한 기본 원칙에 따라 작동합니다. 핵 펄스 시스템은 로켓의 뒷면에서 원자를 쏘는 대신 텅스텐의 불 덩어리와 같은 혈장 덩어리를 쏘는 대신
핵무기와 함께 텅스텐 플러그를 금속 캡슐에 포장하고 캡슐을 배 뒤쪽으로 발사하여 짧은 거리에서 떨어 뜨립니다. 공간의 진공 상태에서 폭발은 예상보다 손상이 줄어 듭니다. 기화 된 텅스텐은 배를 향해 상처를 입히고 배 뒤쪽의 두꺼운 금속 판을 반등시키고 우주로 쏘아 배가 반동하여 앞으로 나아갑니다. 거대한 충격 흡수 장치는 승무원 분기의 충격을 줄입니다. 승객은 3D 체스를하거나, 성간 승객이하는 일을하는 승객은 위층 아파트에서 아이들이 줄을하는 밧줄과 같은 리듬을 느낄 것입니다.
배는 빛의 10 분의 1에 도달 할 수 있습니다. 어떤 이유로 든 분비 폭발, 외계인 침공 등 우리는 실제로 행성에서 빨리 내려야했고 런치 패드를 핵무기에 신경 쓰지 않았다면 이것이 갈 길이 될 것입니다. 우리는 이미 필요한 모든 것을 가지고 있습니다. Matloff는“오늘날 우리가 가진 가장 가까운 기술은 핵무기 일 것입니다. 무엇이든, 대부분의 사람들은 배에 우리의 모든 핵무기를 싣고 제거하게되어 기뻐할 것입니다.
이상적으로, 폭탄 폭발은 통제 된 핵 융합 반응으로 대체 될 것이다. 그것은 완전히 장착 된 로봇 성간 선박을 설계하기위한 70 년대의 노력 인 Project Daedalus가 제안한 접근법이었습니다. 가장 큰 문제는 모든 페이로드마다 배가 100 톤의 연료를 운반해야한다는 것입니다. 이러한 거대는 길이가 200 미터이고 50,000 톤의 질량을 가진 전함의 크기 일 것입니다.
영어 항공 우주 엔지니어이자 프로젝트 Icarus의 공동 설립자 인 Kelvin Long은“이것은 거대하고 괴물 같은 기계였습니다. “그러나 그 이후로 일어난 일은 마이크로 일렉트로닉스, 기술 소형화, 나노 기술입니다. 이러한 모든 발전으로 인해 다시 생각이 발생했습니다. 이 거대한 구조가 정말로 필요합니까?” 그는 프로젝트 이카루스가 올 10 월 런던에서 새로운 디자인을 공개 할 계획이라고 말했다.
성간 설계자들은 연료 탱크를 축소하는 모든 종류의 방법을 제시했습니다. 예를 들어, 선박은 전기 또는 자기장을 사용하여 성간 공간에서 수소 가스를 퍼 뜨릴 수 있습니다. 이어서, 수소는 융합 반응기에 공급 될 것이다. 배가 더 빨라질수록, 속도가 빨라질 수 있습니다. 불행히도, 특종 시스템은 또한 드래그 힘을 생성하여 선박을 늦추고, 입자의 역풍은 방사선으로 승무원을 요리 할 것입니다. 또한, 순수한 하이드로겐 융합은 비효율적이다. 퓨전 구동선은 아마도 지구에서 연료를 운반하는 것을 피할 수 없었을 것입니다.
어두워진다 :이국적인 물질을 청소하는
뉴욕 대학교의 물리 대학원생 인 지아 리우 (Jia Liu)는 수소 가스를 청소하는 대신 천문학 자들이 은하계의 대부분을 구성한다고 생각하는 보이지 않는 이국적인 재료 인 암흑 물질을위한 구조를 제안했습니다. 입자 물리학자는 암흑 물질이 유용한 속성을 갖는 중성자라고 불리는 입자 유형으로 구성되어 있다고 가정합니다. 두 개의 중성기 노스가 충돌 할 때 감마선의 불명으로 서로를 전멸시킵니다. 이러한 반응은 배를 앞으로 몰아 낼 수 있습니다. 수소 스쿠퍼와 마찬가지로, 어두운 백선은 빛의 속도에 접근 할 수 있습니다. 그러나 문제는 암흑 물질이 어둡다는 것입니다. 전자기력에 반응하지 않는다는 것입니다. 물리학 자들은 그것을 수집 할 방법이 없다는 것을 알고 있습니다.
엔지니어들이 어떻게 든 이러한 문제를 극복하고 알파 센타 우리뿐만 아니라 전체 은하계가 범위 내에 나올 것입니다. 1960 년대 천문학 자 칼 사간 (Carl Sagan)은 스포츠카가 사용하는 것과 같은 비율에 대해 적당한 가속 속도를 얻을 수 있다면 충분히 오래 유지할 수 있다면 수십 년 만에 갤럭시를 건너는 빛의 속도에 너무 가까워 질 수 있다고 계산했습니다. 보너스로, 그 비율은 편안한 수준의 인공 중력을 제공 할 것입니다.
단점으로, 수십만 년이 그 동안 지구상으로 지나갈 것입니다. 당신이 돌아 왔을 때, 당신의 전체 문명은 원숭이가되었을 것입니다. 그러나 한 관점에서 볼 때 이것은 좋은 것입니다. 시간이 지남에 따라 트릭 상대성 이론은 너무 슬로우 컴퓨터의 영원한 문제를 해결할 것입니다. 더 많은 계산을하고 싶다면 멀리 떨어진 별 시스템을 탐색하면 돌아올 때 결과가 준비됩니다. 미래의 우주선 승무원들은 생존, 영광 또는 정복을 위해 항해하지 않을 수 있습니다. 그들은 퍼즐을 풀고있을 수 있습니다.
warp :굽힘 시간과 공간
배가 10 분의 1로 움직이면서 인간은 평생 가장 가까운별로 이동할 수 있지만 은하계를 건너는 것은 백만 년의 여정으로 남아 있으며 각 스타 시스템은 여전히 대부분 고립 될 것입니다. 비행기와 전화로 함께 묶인 글로벌 마을의 은하 버전을 만들려면 빛보다 더 빨리 여행해야합니다.
대중의 믿음과는 달리 아인슈타인의 상대성 이론은 그것을 완전히 배제하지 않습니다. 이론에 따르면 공간과 시간은 탄력적입니다. 우리가 중력의 힘으로 인식하는 것은 실제로 공간과 시간의 뒤틀림입니다. 원칙적으로, 당신은 공간을 너무 심하게 돌릴 수 있으므로 양도를 접어 양쪽을 더 가까이 다가 가기 위해 깔개를 접는 것과 같이 교차하고 싶은 거리를 단축 할 수 있습니다. 그렇다면, 당신은 즉시 모든 거리를 건너 갈 수 있습니다. 필드가 선박 내부에서 G- 포스를 제로화하기 때문에 가속도를 눈치 채지 못할 것입니다. 선박 창에서의 전망은 놀랍습니다. 별은 색이 변하고 운동 축쪽으로 이동합니다.
이 아이디어가 현재 기술이 얼마나 멀리 떨어져 있는지 지적하는 것은 거의 의미가있는 것 같습니다. Warp Drive는 중력 당기기보다는 중력 푸시를 가하는 재료 유형이 필요합니다. 이러한 재료에는 마치 –50 킬로그램의 질량이있는 것처럼 말리 적으로 아무것도 아닌 음의 에너지가 포함되어 있습니다. 물리학 자, 독창적 인 유형은 그러한 에너지를 만들 수있는 방법을 상상했지만, 심지어 스타쉽이 필요로하는 부정적인 에너지의 양으로 손을 내밀 었습니다. 더구나, 빛의 속도로 제한되는 제어 신호는 선박의 다리에서 선박 주변에있는 추진 시스템으로 갈 수있을 정도로 빠르지 않기 때문에 선박은 조종하는 것이 불가능할 것입니다. (그러나 선박 내 장비는 잘 작동합니다.)
우주선에 관해서는 세부 사항에 매달리지 않는 것이 가장 좋습니다. 인류가 실제로 하나를 건설 할 수있는 시점에 도달 할 때까지 우리의 여행 개념은 바뀌었을 것입니다. "우리는 완전한 인간을 보내야합니까?" 오래 묻습니다. "아마도 우리는 배아를 보내거나 나중에 컴퓨터에 완전히 다운로드 할 수있을 것입니다. 3D 인쇄와 비슷한 것을 통해 다른 쪽에서 자신을 재생할 수 있습니다." 오늘날, 우주선은 미래의 사고의 높이처럼 보입니다. 미래 세대는 기이하게 발견 될 수 있습니다.
George Musser는 물리 및 우주론 작가이며 의 저자입니다. String Theory 에 대한 완전한 바보 안내서 (Alpha, 2008). 그는 의 선임 편집자였습니다 Scientific American 14 년 동안 American Institute of Physics Science Writing Award와 같은 영예를 얻었습니다.
