Всеки ден, изглежда, се намира нова екзопланета (или в случай на вторник учените откриха три потенциално обитаеми екзопланети, обикалящи около една звезда). Но има множество препятствия, които ще трябва да изчистим, преди някога да имаме възможност да ги посетим: огромните дози радиация, които биха били погълнати от бъдещите астронавти, потенциалните щети, причинени от междузвезден прах и газ на плавателни съдове придвижване с изключително високи скорости и фактът, че пътуването до дори най-близката обитаема екзопланета ще отнеме почти 12 години в космически кораб, пътуващ със светлинна скорост.
Най-големият проблем, обаче, може да бъде огромното количество енергия, което един кораб ще изисква. Как зареждате космически кораб за пътуване, което е повече от 750 000 пъти по-голямо от разстоянието между Земята и Слънцето?
Въз основа на настоящата ни технология за изследване на космоса и потенциални бъдещи подходи, ето разграждане на възможните начини за задвижване на космически кораби.
Конвенционалните ракети, които изгарят течно или твърдо химическо гориво, са били използвани за почти всички космически мисии досега. (Снимка чрез НАСА) Конвенционални ракети: Те създават тяга чрез изгаряне на химическо гориво, съхранявано вътре, или в твърдо, или в течно гориво. Енергията, отделена в резултат на това горене, извежда кораб от гравитационното поле на Земята и в космоса.
Плюсове: Ракетната технология е добре утвърдена и добре разбрана, тъй като датира от древен Китай и се използва от самото начало на космическата ера. По отношение на разстоянието, най-голямото му постижение досега е пренасянето на космическата сонда Вояджър 1 до външния ръб на Слънчевата система, приблизително на 18, 5 милиарда мили от Земята.
Минуси: Предвижда се Voyager 1 да изчерпи горивото около 2040 г., което показва колко ограничени в обхвата конвенционални ракети и тяги могат да носят космически кораб. Освен това, дори да успеем да поставим достатъчно количество ракетно гориво върху космически кораб, за да го пренесем до друга звезда, потресаващият факт е, че вероятно дори нямаме достатъчно гориво на цялата ни планета, за да го направим. Брис Касенти, професор от Политехническия институт Rensselaer, каза на Wired, че ще е необходимо количество енергия, което надминава текущата продукция на целия свят, за да се изпрати кораб до най-близката звезда с помощта на конвенционална ракета.
Йоновият двигател, който захранва космическия кораб на НАСА Deep Space 1. (Снимка чрез НАСА) Йонни двигатели : Те работят донякъде като конвенционалните ракети, освен че вместо да изхвърлят продуктите от химическо изгаряне за генериране на тяга, те изстрелват потоци от електрически заредени атоми (йони). Технологията за първи път беше успешно демонстрирана при мисията на НАСА Deep Space 1 от 1998 г., в която ракета отблизо минаваше както астероид, така и комета за събиране на данни и оттогава се използва за задвижване на няколко други космически кораба, включително текуща мисия за посещение на джуджето планетата Церера.
Плюсове: Тези двигатели произвеждат много по-малка тяга и начална скорост от конвенционалната ракета - така че те не могат да бъдат използвани за бягство от земната атмосфера - но веднъж пренесени в космоса от конвенционални ракети, те могат да работят непрекъснато за много по-дълги периоди (защото използват по-гъсто гориво по-ефективно), което позволява на плавателния съд постепенно да набира скорост и да надвишава скоростта на един, задвижван от конвенционална ракета.
Минуси: Макар и по-бързи и по-ефективни от конвенционалните ракети, използването на йонно задвижване до дори най-близката звезда все пак ще отнеме изключително дълго време - поне 19 000 години, по някои оценки, което означава, че някъде от порядъка на 600 до 2700 ще бъдат необходими поколения хора, за да го видят. Някои предполагат, че йонните двигатели биха могли да подхранват пътуване до Марс, но междузвездното пространство вероятно е извън сферата на възможностите.
Представяне на кораба със звезди Daedalus, предложен през 70-те години, който би използвал реакциите на ядрен синтез като гориво. (Изображение чрез Ник Стивънс) Ядрени ракети: Много ентусиасти за космически проучвания са се застъпили за използването на ракети, захранвани от ядрени реакции, за покриване на огромни разстояния междузвездно пространство, запознанство с Project Daedalus, теоретичен британски проект, който се стреми да проектира безпилотна сонда, която да достигне звездата на Барнард, 5.9 светлината години. Теоретично ядрените ракети теоретично ще бъдат захранвани от поредица от контролирани ядрени експлозии, може би използвайки чист деутерий или тритий като гориво.
Плюсове: Изчисленията показват, че един задвижван по този начин плавателен съд може да достигне скорост по-бърза от 9000 мили в секунда, което се превръща в време на пътуване от около 130 години до Alpha Centurai, звездата, най-близка до Слънцето - по-дълго от човешкия живот, но може би в рамките на царството на мисията с много поколения. Не Милениум Соколът прави Kessel Run с по-малко от 12 парсеса, но това е нещо.
Минуси: За един, ракетите с ядрена мощност в момента са изцяло хипотетични. В краткосрочен план те вероятно ще останат по този начин, защото взривяването на всяко ядрено устройство (независимо дали е предназначено като оръжие или не) в космоса би нарушило Договора за частична забрана на ядрените изпитания, който позволява подобни експлозии точно на едно място : под земята. Дори ако това е позволено от закона, съществуват огромни опасения относно безопасността по отношение на изстрелването на ядрено устройство в космоса над конвенционална ракета: Неочаквана грешка може да доведе до дъжд на радиоактивни материали по цялата планета.
Предполага се, че Sunjammer, който разполага с най-голямото слънчево платно, построено някога, есента на 2014 г. (Снимка чрез L'Garde / NASA) Слънчеви платна: В сравнение с всички други технологии в този списък, те работят на доста по-различен принцип: Вместо да задвижват кораб чрез изгаряне на гориво или да създават други видове изгаряне, слънчевите платна изтеглят превозно средство, като използват енергията на заредените частици изхвърлен от Слънцето като част от слънчевия вятър. Първата успешна демонстрация на подобна технология беше японският космически кораб IKAROS, стартиран през 2010 г., който пътува към Венера и сега пътува към Слънцето, а Sunjammer на НАСА, седем пъти по-голям, ще започне през 2014 г.
Плюсове: Тъй като не им се налага да носят определено количество гориво - вместо да използват силата на Слънцето, подобно на това, че един плавателен съд използва енергията на вятъра - космически кораб с помощта на слънчево плаване може да плава повече или по-малко за неопределено време.
Минуси: Те пътуват много по-бавно от занаятите с ракетни двигатели. Но по-важно за междузвездни мисии - те изискват енергията, изхвърлена от Слънцето или друга звезда, за да пътуват изобщо, което прави невъзможно да преминат през огромните пространства между обсега на слънчевия вятър на нашето Слънце и този на друга звезда. Слънчевите платна потенциално биха могли да бъдат включени в плавателни съдове с други средства за задвижване, но не могат да се разчитат сами за междузвездно пътуване.
Концепция на художник за теоретичен дизайн на ракета против антиматерия. (Изображение чрез НАСА) Антиматериални ракети: Тази предложена технология ще използва продуктите на реакция на унищожаване на веществото-антиматерия (или гама лъчи, или силно заредени субатомни частици, наречени пиони), за да задвижва кораб през космоса.
Плюсове: Използването на антиматерия за захранване на ракета теоретично би било най-ефективното възможно гориво, тъй като почти цялата маса на материята и антиматерията се превръщат в енергия, когато се унищожат взаимно. На теория, ако успяхме да изработим детайлите и да произведем достатъчно антиматерия, бихме могли да построим космически кораб, който пътува със скорост, почти толкова бърза, колкото тази на светлината - възможно най-високата скорост за всеки обект.
Минуси: Все още нямаме начин да генерираме достатъчно антиматерия за космическо пътешествие - изчисленията са, че за едномесечно пътуване до Марс ще са необходими около 10 грама антиматерия. Към днешна дата успяхме да създадем само малък брой атоми на антиматерията и по този начин се консумира голямо количество гориво, което прави идеята за антиматериална ракета също твърде скъпа. Съхраняването на тази антиматерия е друг проблем: Предложените схеми включват използването на замразени пелети антихидроген, но те също са далеч.
Предаване на рамета, който би събирал водород от космоса, докато пътува, за да се използва като гориво. (Изображение чрез НАСА) Повече спекулативни технологии: Учените предложиха всякакви радикални, не ракетни технологии за междузвездно пътуване. Те включват кораб, който ще извлича водород от космоса, докато пътува за използване в реакция на ядрен синтез, лъчи светлина или магнитни полета, изстреляни от нашата собствена Слънчева система на далечен космически кораб, който ще бъде впрегнат от платно, и използването на черно дупки или теоретични дупки, за да пътуват по-бързо от скоростта на светлината и да направят възможно междузвездното пътуване за живота на един човек.
Всичко това е изключително далеч от прилагането. Но ако изобщо някога го направим на друга звездна система (голяма, ако е сигурно), като се имат предвид проблемите с повечето съществуващи и близки технологии, може наистина да е една от тези пай-в-небето идеи, които ни носят там - и може би ни позволяват да посетим обитаема екзопланета.
