Az álom egy másik csillagra utazni, és az emberiség magját egy távoli bolygóra ültetni ... Nem túlzás azt mondani, hogy évszázadok óta elbűvöli az emberek képzeletét. A modern csillagászat és az űrkorszak születésével tudományos javaslatokat tettek még arra, hogy hogyan lehetne megtenni. De természetesen a relativista univerzumban élve sok kihívás áll fel, amelyekre nincs egyszerű megoldás.
Ezen kihívások közül az egyik legnagyobb a puszta energiamennyiséggel ahhoz, hogy az embereket életük során egy másik csillaghoz juttassák. Ezért javasolja a csillagközi utazások egyes támogatói űrhajók küldését, amelyek lényegében miniatürizált világok, amelyek évszázadokig vagy annál hosszabb ideig tudják befogadni az utazókat. Ezek a „Generációs Hajók” (más néven világhajók vagy Csillagközi Arkok) űrhajók, amelyeket a valóban hosszú távolság.
A generációs hajó mögött rejlő logika egyszerű: ha nem tud elég gyorsan utazni ahhoz, hogy egy élettartama alatt eljuthasson egy másik csillagrendszerhez, építsen olyan hajót, amely elég nagy ahhoz, hogy mindent elvihessen, amelyre hosszú utazáshoz szüksége lehet. Ez azt jelentené, hogy biztosítani kell egy hajó megbízható meghajtó rendszerét, amely folyamatos tolóerőt képes biztosítani a gyorsulás és a lassulás során, valamint az emberek több generációjának biztosításához szükséges felszereléseket.
Mindemellett a hajónak képesnek kell lennie arra, hogy a legénység élelmet, vizet és lélegző levegőt kapjon - ez elég évszázadokig vagy akár évezredekig is fennállhat. Minden valószínűség szerint ez egy zárt rendszerű mikroklíma létrehozását jelentené a hajó belsejében, teljes vízciklus, szénciklus és nitrogénciklus révén. Ez lehetővé teszi az élelmiszerek termesztését, valamint a víz és a levegő folyamatos újrahasznosítását.
A legközelebbi csillagok elérése
A Naprendszerünkhöz legközelebbi csillag a Proxima Centauri, egy M-típusú (vörös törpe) fő szekvenciacsillag, amely körülbelül 4,24 fényévnyire van. Ez a csillag egy hármas csillagrendszer része, amely magában foglalja az Alpha Centauri rendszert, egy bináris anyagot, amely egy fő szekvencia Napszerű csillagból (egy G típusú sárga törpe) és egy fő szekvencia K típusú (narancssárga törpe) csillagból áll.
Amellett, hogy a Proxima Centauri számára a legközelebbi csillagrendszer, ez a Földhöz legközelebbi exoplanet - a Proxima b - otthona is. Ez a szárazföldi (más néven sziklás) bolygó - amelynek felfedezését 2016-ban az Európai Déli Megfigyelőközpont (ESO) jelentette be - nagyjából megegyezik a Földdel (1,3 Föld tömeg), és kering a csillag kerületi élőhelyén.
A következő legközelebbi exoplanet, amely a csillag HZ-jén kering, a Ross 128 b, egy Föld méretű exoplanet, amely körülbelül 11 fényévnyire kering egy vörös törpe csillaggal. A következő legközelebbi Napszerű csillag a Tau Ceti, amely alig 12 fényévnyire van, és egy potenciálisan lakható jelölttel rendelkezik (Tau Ceti e). Valójában 16 exoplaneta létezik a Föld 50 fényévében, amelyek támogathatják az életet.
De amint azt egy előző cikkben feltártuk, még a legközelebbi csillagig való utazás nagyon hosszú időt igényel, és óriási energiát igényel. A szokásos meghajtóeszközök használatával 19 000 és 81 000 év között tarthat. A bevizsgált, de még be nem épített javasolt módszerekkel (például nukleáris rakétákkal) az utazási idő körülbelül 1000 évre szűkül.
Javasolt olyan módszerek, amelyek képesek a legközelebbi csillagok elérésére egyetlen élettartamon belül, például irányított energia meghajtás - például a Breakthrough Starshot. Ennek a koncepciónak a megvalósításához egy könnyű vitorla és egy grammos méretű űrhajó a fénysebesség 20% -ára gyorsítható (0,2 c), így mindössze 20 év alatt eljutott az Alpha Centauri-ba. A Starshot és hasonló javaslatok azonban mind megcsavarodtak.
Ezen túlmenően az egyetlen lehetséges módszer, amellyel az embereket egy másik csillagrendszerbe továbbítják, vagy technikailag megvalósítható (de még nem fejlesztették ki), vagy teljesen elméleti jellegű (mint például az Alcubierre Warp Drive). Ezt szem előtt tartva, sok tudós javaslatot készített, amely elhagyná a sebességet, és ehelyett a személyzet befogadására összpontosítana a hosszú út során.
Példák a fikcióba
Úgy tűnik, hogy a legkorábban rögzített példát John Munro mérnök és sci-fi író készítette regényében Utazás Vénuszba (1897). Ebben megemlíti, hogy az emberiség miként válhat csillagközi fajvá egy nap:
„Ha egy hajó elég nagy ahhoz, hogy elférjen az élet szükségessége, akkor a hölgyek és uraim válogatott pártja induljon a Tejút felé, és ha minden rendben megy, leszármazottaik érkeznek oda néhány millió év alatt. ”
A koncepciót az 1933-as sci-fi regény részletesebben tárgyalta Amikor a világ összeomlik, melynek szerzője Philip Wylie és Edwin Balmer. Ebben a történetben a Földet a Naprendszeren áthaladó gazember bolygók pusztítják el. Ez arra kényszeríti a csillagászok egy csoportját, hogy egy hatalmas hajót hozzon létre egy 50 fős személyzettel, állatállomány és felszerelések mellett, egy új bolygóra.
Robert A. Heinlein az egyik legkorábbi regényében egy generációs hajó fizikai, pszichológiai és társadalmi hatásait is feltárta, Az ég árvái. A történetet eredetileg két különálló regényként adták ki 1941-ben, de 1963-ban adták újra egyetlen regényként. A történet hajója Élcsapat, egy generációs hajó, amely a lázadás után állandóan vonzódik az űrben, valamennyi pilóta tisztének halálához vezetett.
Generációk után később az leszármazottak elfelejtették a hajó célját és jellegét, és úgy vélik, hogy az egész univerzumuk. A legénység nagy része továbbra is a hengerben él, de a „mutációk” külön csoportja (amely váltakozva azt jelenti, hogy mutánsok vagy mutánsok) a felső fedélzeten élnek, ahol a gravitáció alacsonyabb, és a sugárterhelés fizikai változásokat okozott.
Arthur C. Clarke's Rendezvous Rama-val (1973) vitathatatlanul egy generációs hajó legismertebb példája a tudományos fantasztikában. A koncepció más kitalált kezeléseivel ellentétben, a történet edénye földi földön kívüli eredetű volt! Ráma néven ismert ez a hatalmas űrhenger egy önálló világ, amely a galaxis egyik oldaláról a másikra hordozza a „Ramánokat”.
A történet akkor nyílik meg, amikor a Föld egyik legénységét küldik, hogy találkozzanak a hajóval, és felfedezzék a belsejét. Belül találnak olyan struktúrákat, mint a városok, a közlekedési infrastruktúra, a tenger körül, amely a központ körül húzódik, és vízszintes árkok, amelyek ablakokat szolgálnak. Ahogy a hajó közelebb áll a Naphoz, fény áraszt be, és a gépek életre kelnek.
Végül az emberi űrhajósok azt a következtetést vonják le, hogy az épületek valójában gyárak és a hajó tengere egy kémiai leves, amelyet a „Ramans” elkészítéséhez használnak, amint eléri rendeltetési helyét. Végső soron azonban Naprendszerünk csak átmeneti megálló az utazásuk során, és ez az, ahogyan a Ramánok vetik a galaxist fajaikkal.
Alastair Reynold-ban Chasm City (2001) - amely része az ő Jelenések tér sorozat - a történet nagy része nagy, csillagközi csillagközi űrhajó sorozatán zajlik. Ezek a hajók a 61 Cygni felé tartanak, egy két K típusú narancssárga törpből álló bináris csillagrendszerbe, hogy telepedjenek egy világgal, amelyet a sorozat egészében a Sky's Edge néven ismertek.
Ezeket a hajókat hengeresnek írják le, és antianyag-meghajtáson alapszanak, hogy relativista sebességgel haladjanak. Amellett, hogy kriogén módon fagyasztott utasokat hordoznak, ezek a hajók ébren tartják a személyzetet, és rendelkeznek minden szükséges eszközzel és felszereléssel, hogy szórakoztatják őket. Ide tartoznak a személyes helyiségek, rendezvénytermek, orvosi öblök és rekreációs központok.
2002-ben, a híres tudományos fantasztikus író, Ursula K. LeGuin kiadta saját generációinak közötti űrutazás hatásait, címmel Elveszett paradicsomok. Ennek a történetnek a beállítása a Felfedezés, egy hajó, amely generációk óta utazik az űrben. Amint azok, akik emlékeznek a Földre, elhalnak, a fiatalabb generációk úgy érzik, hogy a hajó érzékenyebb számukra, mint akár a régi otthoni világ elõírása, akár a rendeltetési helyük.
Végül megjelenik egy új vallás, „Bliss”, mely azt tanítja, hogy a Felfedezés (Az űrhajók mennyországát a hívõkhöz) valójában az örökkévalóság köti, nem pedig egy másik bolygó. Ezt a vallást az idősebb generáció félelmeinek veszik körül, akik attól tartanak, hogy gyermekeik soha nem akarnak elhagyni a hajót, mihelyt megérkezik. Ezt a történetet 2012-ben egy operához igazították.
A 2011-es regény Leviathan Wakes James S. A. Corey (és az azt követő részletek a Kiterjedés sorozat) egy „Nauvoo” nevű generációs hajót tartalmaz. Ezt a hajót egy mormonok egy csoportja építi, így eljuthatnak egy másik csillagrendszerbe, és ott telepedhetnek le. A Nauvoo masszív, hengeres alakú, és forog, hogy mesterséges gravitációt hozzon létre a legénység számára.
Kim Stanley Robinban Hajnal (2015) szerint a történet nagy része egy néven elnevezett csillagközi csillaghajó fedélzetén zajlik. Robinson olyan edényt ír le, amely két forgó torijot használ a gravitáció szimulálására, miközben az emberek Föld-analóg környezetben élnek. Végső rendeltetési helyük a Tau Ceti, egy Napszerű csillag, amely 12 fényévnyire van a Földtől, ahol a Tau Ceti e-t keringő exomont gyarmatosítani kívánják.
A hajót egy Orion-osztályú hajónak nevezik, amely a meghajtás generálására termonukleáris eszközök szabályozott robbanását használja, valamint egy elektromágneses elrendezést, amely azt a Naprendszerből indítja el. Robinson aláírási stílusában jelentős figyelmet szentelnek annak is, hogy a gyarmatosítók miként tartanak fenn gondos egyensúlyt hajójuk fedélzetén, és a többgenerációs utazások pszichológiai hatásait.
Javaslatok
A 20. század eleje óta több javaslatot tettek a tudósok és a mérnökök. E javaslatok nagy részét tanulmányok formájában nyújtották be, míg mások a tudományos fantasztikus regényekben népszerűsítették. A legkorábbi ismert példa a Robert H. Goddard rakéta-úttörője 1918-as „A végső migráció” esszé (akinek a nevét a NASA Goddard űrrepülési központja nevezi).
A személyzet évszázados utazását felfüggesztett animációban töltötte, a pilótát időközönként felébresztve, hogy korrekciókat és karbantartást végezzenek. Ahogy írta:
„A pilótát időközönként kell felébreszteni vagy animálni, valószínűleg 10 000 évvel a legközelebbi csillagok felé történő áthaladáshoz, és 1 000 000 év nagy távolságokhoz vagy más csillagrendszerekhez. Ennek megvalósításához olyan órát kell használni, amelyet egy sugárzási anyag súlyának megváltozása (nem pedig az olyan elektromos töltések okoznak, amelyek túl gyorsan hatnak)… Erre az ébredésre természetesen szükség lenne a készülék irányításához, ha elhagyná a pályáját. ”
Azt is elképzelte, hogy az atomenergia energiaforrásként használható fel; de ennek hiányában elegendő a hidrogén és az oxigén üzemanyag, valamint a napenergia kombinációja. Számításai alapján Goddard becslése szerint ezek elegendőek lennének a hajó 4,8-16 km / s (3-10 mi / s) sebességének eléréséhez, amely 17 280 km / h sebességről 57 600 km / h (10 737) sebességre képes. 36 000 mph-ig) vagy 0,000016% -tól 0,00005% -ig a fény sebessége.
Konstantin E. Tsiolkovsky, az „űrhajósági elmélet atyja” a „Föld és az emberiség jövője” (1928) esszéjében szintén foglalkozott a többgenerációs űrhajó gondolatával. Tsiolkovsky leírt egy űrkolóniát („Noé bárkája”), amely önellátó lenne, és ahol a legénységet ébren tartották, amíg évezredekkel később nem érik el rendeltetési helyüket.
Egy generációs hajó másik korai leírása a J. D. Bernal (a „Bernal gömb feltalálója”) 1929-es esszékében található „A világ, a test és az ördög”. Ebben a befolyásos esszében Bernal írt az emberi evolúcióról és az űr jövőjéről, amelybe beletartoztak azok a hajók, amelyeket ma „generációs hajóknak” nevezünk.
1946-ban a lengyel-amerikai matematikus, Stanislaw Ulam egy új ötletre tett javaslatot, melynek neve: Nuclear Pulse Propulsion (NPP). A manhattani projekt egyik közreműködőjeként Ulam elképzelte, hogyan lehetne nukleáris eszközöket újrahasznosítani az űrkutatás érdekében. 1955-ben a NASA elindította a Project Orion projektet az NNP kutatása céljából, mint a mély űrutazások végzésére szolgáló eszköz.
Ezt a projektet (amely hivatalosan 1958-tól 1963-ig tartott) Ted Taylor az Általános Atomizmusnál, valamint Freeman Dyson fizikus vezette a New Jersey-i Princetonban, az Advanced Study Institute-ban. Ezt elhagyták, miután a korlátozott vizsgálati tilalomról szóló szerződés (1963-ban aláírt) állandó tilalmat vezet be a nukleáris kísérletekre a Föld körüli pályán.
1964-ben Dr. Robert Enzmann javasolta a mai napig a leg részletesebb koncepciót egy generációs hajóra, amelyet később „Enzmann Csillaghajónak” hívnak. Javaslatában olyan hajót hívott fel, amely deutérium üzemanyagot használna fúziós reakciók előidézésére a fénysebesség kis százalékának elérése érdekében. A vízi jármű mérete 600 méter (2000 láb), és a kezdeti személyzet 200 fő befogadására képes (bővíthetőséggel).
Az 1970-es években a Brit Interplanetary Society megvalósította a Dadalus néven ismert csillagközi utazás megvalósíthatósági tanulmányát. Ez a tanulmány egy kétlépcsős, fúziós hajtású űrhajó létrehozását sürgette, amely egyetlen életen át megteheti a Barnard csillagát (5,9 fényévnyire a Földtől). Míg ez a koncepció nem csavarozott űrhajóra vonatkozott, a kutatás a legénységgel folytatott küldetések jövőbeni ötleteivel szolgálna.
Például az Icarus Interstellar nemzetközi szervezet azóta megpróbálta újjáéleszteni a koncepciót Icarus projekt formájában. Az Icarus 2009-ben alapított önkéntes tudósai (akik közül sokan a NASA-ban és az ESA-ban dolgoztak) azt remélik, hogy a fúziós meghajtást és más fejlett meghajtási módszereket valóra válik a 21. században.
Olyan tanulmányokat is végeztek, amelyek az antianyagot meghajtó eszköznek tekintik. Ez a módszer magában foglalja a hidrogén- és az antihidrogénatomok összeütközését a reakciókamrában, ami hihetetlen energia sűrűség és kis tömeg előnyeit nyújtja. Emiatt, a NASA Az Advanced Concepts Institute (NIAC) a technológiát kutatja a hosszú távú küldetések lehetséges eszközeként.
2017 és 2019 között Dr. Frederic Marin, a strasbourgi Csillagászati Megfigyelő Intézet egy sor nagyon részletes tanulmányt készített a generációs hajó szükséges paramétereiről - ideértve a legénység minimális méretét, a genetikai sokféleséget és a hajó méretét. Minden esetben kollégái egy új típusú numerikus szoftverre (HERITAGE) hivatkoztak, amelyet maguk készítettek.
Az első két vizsgálatban Dr. Marin és munkatársai szimulációkat készítettek, amelyek azt mutatták, hogy legalább 98 (legfeljebb 500) személyzetet kell összekapcsolni sperma, petesejt és embriók kriogén bankjával a túlélés biztosítása érdekében (de a túlzsúfolódás elkerülése érdekében) ), valamint a genetikai sokféleség és a jó egészség érkezéskor.
A harmadik vizsgálatban Dr. Marin és egy másik kutatócsoport megállapította, hogy egy generációs hajónak 320 méter (1050 láb) hosszúságot, 224 méter (735 láb) sugarat kell mérnie, és legalább 450 m² (~ 4,850 ft²) méretűnek kell lennie. ) mesterséges földterület a mezőgazdaság érdekében. Ez a föld azt is biztosítja, hogy a hajó vízét és levegőjét a mikroklíma részeként újrahasznosítsák.
Előnyök
A generációs hajó fő előnye az, hogy bevált technológiával lehet építeni, és nem kell megvárnia a jelentős technológiai fejlődést. A koncepció központi célja továbbá a sebesség és a hajtógáz tömegének kérdése elhagyása annak biztosítása érdekében, hogy az emberek legénysége végül egy másik csillagrendszert gyarmatosítson.
Amint azt egy előző cikkben megvizsgáltuk, egy generációs hajó emellett az űrkutatás két fő célját is megvalósítaná, amelyek egy emberi kolónia fenntartása az űrben, és lehetővé teszik az utazást egy potenciálisan életképes exoplanetbe. Ezen felül egy száz vagy ezer létszámú személyzet megsokszorozhatja esélyét egy másik bolygó sikeres gyarmatosítására.
Végül, de nem utolsósorban, egy generációs hajó tágas környezete többféle módszer megvalósítását teszi lehetővé. Például a személyzet egy részét ébrenléti körülmények között lehet tartani az utazás időtartama alatt, míg egy másik részét kriogén szuszpenzióban lehet tartani. Az embereket szintén fel lehet élvezni és műszakban visszatérni a felfüggesztésbe, ezáltal minimalizálva a hosszú utazás pszichológiai hatásait.
Sajnos itt ér véget az előnyök és a problémák / kihívások kezdődnek.
Hátrányok
A generációs hajó legnyilvánvalóbb hátránya az ilyen nagy űrhajók építésének és fenntartásának rendkívüli költsége, ami tiltó lenne. Fennáll annak a veszélye is, hogy az embereket ilyen hosszú ideig eljuttatják a mély űrbe. Az olyan utakon, amelyek évszázadok vagy évezredekig tartanak, fennáll annak a lehetősége, hogy a legénység elválja az elszigeteltség és az unalom érzéseit, és egymás felé fordul.
Aztán vannak olyan élettani kérdések, amelyeket egy többgenerációs űrben történő utazás felvethet. Közismert, hogy a sugárterület a mély űrben jelentősen különbözik a Földön vagy az alacsony földi pályán (LEO) kialakult környezettől. A sugárvédelem mellett a kozmikus sugarak hosszú távú kitettsége is súlyos hatással lehet a személyzet egészségére.
Noha a kriogén szuszpenzió segíthet enyhíteni ezen kérdések némelyikét, a kriogén anyagok hosszú távú hatása az emberi fiziológiára még nem ismert. Ez azt jelenti, hogy átfogó tesztelésre lenne szükség, mielőtt egy ilyen missziót megkísérelhetnének. Ez csak hozzáteszi az ehhez a koncepcióhoz kapcsolódó általános erkölcsi és etikai megfontolásokat.
Végül fennáll annak a lehetősége, hogy a későbbi technológiai fejlődés gyorsabb és fejlettebb csillaghajók kialakulásához vezet időközben. Ezek a hajók, amelyek sokkal később távoztak a Földről, képesek lennének meghaladni a generációs hajót, még mielőtt elérné a rendeltetési helyét - ezáltal az egész utazás értelmetlenné válna.
Következtetések
Figyelembe véve a generációs hajó építésének puszta költségeit, egy ilyen hosszú utazás kockázatát, az érintett ismeretlen személyek számát és annak a lehetőségét, hogy a technológia fejlődése értelmetlenné tegye, fel kell tennünk a kérdést: érdemes-e azt? Sajnos, ahogyan oly sok kérdés kapcsolódik a többgenerációs űrutazáshoz, nincs egyértelmű válasz.
Végül, ha rendelkezésre állnak erőforrások, és ott van az akarat, hogy megtegyük, az emberek nagyon valószínűleg megkísérelnek egy ilyen küldetést. Nem lesz garantált a sikerre, és még akkor is, ha a legénység sikeresen eljut egy másik csillagrendszerbe, és egy távoli bolygót gyarmatosít, évezredek eltelte elõzi, amíg a Földön valaki meg nem hallja leszármazottait.
Ilyen körülmények között ésszerűbbnek tűnik csak várni a további technológiai fejlődést, és később megpróbálni átmenni a csillagközi. Előfordulhat azonban, hogy nem mindenki hajlandó várni, és a történelem inkább emlékszik azokra, akik meghamisítják az esélyeket és kockáztatnak. És ahogy a Mars One, például a Mars One vállalkozások megmutatták nekünk, nincs olyan ember, aki hajlandó kockáztatni életét egy távoli világ gyarmatosítása érdekében!
Sok cikket írtunk a hajók generációjáról itt, a Space Magazine-ban. Itt van: Mi a minimális száma az embereknek, akiket generációs hajóval kell küldeni a Proxima Centauri-ba? és mekkora lenne egy generációs hajó számára, ha 500-as személyzettel kell életben maradnia egy másik csillaghoz való utazáshoz? A leghatékonyabb módszer a teljes Tejút, a csillag csillag, valamint a csillagközi utazás különféle módszereinek előnyei és hátrányai felfedezésére. .
Forrás:
- Wikipedia - generációs hajó
- Wikipedia - Csillagközi bolt
- Furcsa utak - Csillagközi bolt
- SFF - Témák: Generációs hajók
- Mashable - A csillagközi álom haldoklik
- Centauri Dreams - Világhajók: Interjú Greg Matloff-tal
- Icarus Csillagok - Hyperion projekt: Az üreges aszteroida csillaghajó - Egy ötlet terjesztése
- Örökség: Monte Carlo-kód, amellyel a csillagközi utazások életképességét felmérhetik egy többgenerációs személyzet, Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, nem 5–6, 2017
- A minimális személyzet kiszámítása egy többgenerációs űrutazásra a Proxima Centauri b felé, Marin, F., Beluffi, C. 71, no. 2018. 2
- A generációs hajók méretének numerikus korlátozásai a teljes fedélzeti energiaköltség, az éves élelmiszer-előállítás és az űrgazdálkodási technikák alapján, Marin (et al.). 2018
