Az elmúlt évtizedben bolygók ezreit fedezték fel Naprendszerünkön túl. Ennek eredményeként megújult az érdeklődés az űrkutatás iránt, amely magában foglalja az űrhajók küldésének lehetőségét az exoplanetek felfedezésére. Tekintettel a felmerülő kihívásokra, jelenleg számos fejlett koncepciót vizsgálnak meg, például a könnyű vitorla időigényes koncepcióját (amire a Áttörés Starshot és hasonló javaslatok).
Az utóbbi években azonban a tudósok egy potenciálisan hatékonyabb koncepciót javasoltak, az úgynevezett elektromos vitorla néven, ahol a dróthálóból álló vitorla elektromos töltéseket generál a szélrészecskék eltérítésére, ezáltal lendületet adva. Egy nemrégiben elvégzett tanulmányban két Harvard-tudós összehasonlította és kontrasztba helyezte ezeket a módszereket annak meghatározására, hogy melyik lenne előnyösebb a különféle típusú misszióknál.
A közelmúltban online megjelenő tanulmány, amelyet a közzététel napjainkban felülvizsgál Acta Astronautica, Manasavi Lingam és Abraham Loeb - a Floridai Technológiai Intézet (FIT) adjunktusának és Frank B. Baird Jr., a Harvard Egyetem tudományos professzora, valamint az Elmélet és Számítástechnika Intézetének (ITC) igazgatója, illetőleg.
A könnyű vitorla fogalma időre méltó, amikor egy nagy fényvisszaverő anyagú lemezzel felszerelt űrhajó egy csillag (más néven napenergia szél) sugárzási nyomását használja az időbeli gyorsuláshoz. Ennek a technológiának a legnagyobb előnye, hogy nem igényel űrhajót saját üzemanyag-szállításának szállításához, amely általában az űrhajó tömegének nagy részét teszi ki.
Ez különösen fontos csillagközi utazás esetén, mivel a reakciósebességnek a fénysebesség egy részének eléréséhez szükséges mennyiségre is szükség van (córiási lenne. És olyan fogalmaktól eltérően, mint például az antianyag meghajtása vagy a még nem vizsgált (vagy akár hipotetikus) fizikára támaszkodó koncepciók, a nap- / fényvitorlák olyan technológiát és fizikát használnak, amelyek ezen a ponton teljesen bebizonyítottak.
További előny az a tény, hogy egy könnyű vitorla felgyorsítható a napsugárzás kivételével. Amint Lingam e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„A könnyű vitorlákat lézer-elrendezések vagy napenergia / csillagok sugárzása révén lehet„ tolni ”. Mindkét esetben a könnyű vitorlák fő előnye, hogy ellentétben a vegyi rakétákkal nem kell fedélzeten szállítani az üzemanyagot. Ez nagymértékben csökkenti az űrhajó tömegét, mivel a vegyi rakéták tömegének nagy része az üzemanyagnak köszönhető. Ugyanez az előny vonatkozik az elektromos vitorlákra is. ”
Az utóbbi években azonban ennek a koncepciónak a variációi alakultak ki, mint például a Robert Zubrin és Dana Andrews által 1988-ban javasolt mágneses vitorla (más néven „magsails”), valamint a Pekka Janhunen által 2006-ban javasolt elektromos vitorla. az előbbi egy szupravezető hurok elektromos mezőt generál, míg az utóbbi kis vezetékek vitorlásán keresztül mágneses teret gerjeszt - mindkettő visszatartja a napsugárzást.
Ezeknek a fogalmaknak van néhány figyelemreméltó különbsége a szokásos napelemes vagy könnyű vitorlákhoz képest. Amint Lingam kifejtette:
„Az elektromos vitorlák a töltött nap- vagy csillagszél-részecskék (a példánkban a protonok) lendületének átvitelére támaszkodnak, és azokat elektromos mezőkön keresztül elhajlik, míg a könnyű vitorlák a csillag által kibocsátott fotonok lendületátadására támaszkodnak. A csillag szele tehát elektromos vitorlákat hajt, míg a csillag által kibocsátott elektromágneses sugárzás könnyű vitorlakat hajt.
Érdekes módon a mágneses vitorlákat néhány kutató úgy tekintette, hogy a fényvitorla lelassulhat, mivel az megközelíti a rendeltetési helyét. Az egyik ilyen személy prof. Claudius Gros a frankfurti Goethe Egyetemi Elméleti Fizikai Intézetből, valamint Andreas Hein és Kelvin F. Long - a Dragonfly projekt vezető kutatói (ez a koncepció hasonló a Áttörés Starshot).
Mindhárom koncepció képes a csillagok által kibocsátott sugárzást lendületté alakítani, de a hátrányok részarányával együtt járnak. A kezdők számára az elektromos vitorlák nagymértékben függnek a fogadó csillag tulajdonságaitól. A könnyű vitorlák viszont nagyrészt hatástalanná válnak, ha M-típusú (vörös törpe) csillagokra vonatkoznak, mivel a sugárzási nyomás nem elég magas ahhoz, hogy elegendő sebességet generáljon a csillagrendszer elhagyásához.
Ez egy meglehetősen korlátozó kérdés, látva, hogy az alacsony tömegű, ultraszivattyú M-típusú törpék miként adják a csillagok nagy többségét az univerzumban - ezek a Tejút csillagok 75% -át teszik ki. A vörös törpék hihetetlenül hosszú élettartamúak a csillagok más osztályaihoz képest, és fő sorrendben akár 10 trillió évig is megmaradhatnak. Ezért a vörös törpe rendszereket alkalmazó meghajtórendszer előnyösebb lenne hosszabb időtartamra.
Ezen megfontolások miatt Lingam és Loeb megkísérelte meghatározni, hogy a csillagközi utazás melyik módszerét részesítse előnyben (könnyű vitorlák vagy elektronikus vitorlák) a csillagok különböző osztályaihoz képest - F-típusú (fehér), G-típusú (sárga), K- típusú (narancssárga) és M-típusú csillagok. Miután figyelembe vették az egyes osztályok sugárzási tulajdonságait, figyelembe vették az űrhajó valószínű tömegében - a Áttörés Starshot.
Azt találták, hogy az elektromos vitorlával párosított űrhajó a meghajtás jobb eszközét képviseli a legtöbb csillagtípus közelében, és nem csak a gramméretű űrhajókhoz (amire ezt kérik Starshot). Lingam és Loeb számításai ugyanakkor azt is megállapították, hogy az elektromos vitorla űrhajó lényegesen hosszabb időt vesz igénybe, hogy elérje az olyan sebességet, amely a csillagközi közötti utazást praktikussá teszi.
„Ehelyett, ha figyelembe vesszük a lézer-tömbökkel hajtott könnyű vitorlákat (például a Breakthrough Starshot), akkor közvetlenül elérhetjük a relativisztikus sebességeket (például a fénysebesség 10% -át) könnyű vitorlákkal; ezzel szemben a csillagszél által hajtott elektromos vitorlák a fénysebességnek csupán 0,1% -át teszik ki ”- mondta Lingam.
Míg az elektromos vitorla elérheti a 0,1-et c végül a csillagokkal való többszörös szoros közelség eléréséből úgy becsülik, hogy ez egymillió év alatt 10 000 találkozást fog igénybe venni. Ahogy Lingam mondta:
„Az [E] előadó vitorlák a csillagköziközi utazás megvalósítható eszközét jelentik. Bármely technológiai fajnak, amely ezt a módszert kívánja használni, hosszú életűnek kell lennie, mivel a relativista sebesség elérésének teljes folyamata megközelítőleg egymillió évet igényel. Ha léteznek ilyen hosszú élettartamú fajok, akkor az elektromos vitorlák meglehetősen kényelmes és energiahatékony módszert jelentenek a Tejút hosszú időnkénti (millió év) felfedezéséhez.
Míg az egymillió év kozmikus szempontból alig több, mint egy pillanat alatt, a civilizációk élettartama szempontjából hihetetlenül hosszú - legalábbis mi szabványoknak. Fajként az emberiség mintegy 200 000 éve létezik, és csak kb. 6000-ig rögzíti a történelemét. Ráadásul a világon csak egy űrkutató civilizáció voltunk az elmúlt 60 évben.
Az Ergo, a lézerekkel gyorsítható vitorla életünk során továbbra is a legpraktikusabb eszköz az exoplanetek felfedezéséhez. A tanulmány másik következménye az, hogy miként lehetne tájékozódni a földön kívüli intelligencia (SETI) kereséséről. Amikor az univerzumban keresik a technológiai tevékenység jeleit (más néven: technosignatures), a tudósok arra kényszerülnek, hogy jeleket keressenek, amelyeket felismernének.
Az elektromos vitorla előnyei miatt lehetséges, hogy egy földön kívüli civilizáció előnyben részesítheti ezt a technológiát a hasonlókéval szemben. Amint Loeb professzor e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
„Számításaink azt sugallják, hogy a fejlett civilizációk valószínűleg előnyben részesítik az elektromos vitorlák használatát a könnyű vitorlák fölött a meghajtáshoz, amely a csillagok szél vagy sugárzás formájában megjelenő természetes teljesítményén alapul. Ha azonban egy technológiai civilizáció olyan sebességet akar elérni, vagy olyan nagy rakományokat akar elindítani, amelyekre nem képes meghajtani a fogadó csillag által előállított energia, akkor valószínűleg előnyben részesíti a könnyű vitorlákat, amelyeket mesterségesen előállított fénynyalábuk tol, például egy erős lézer. A helyzet hasonló a különbséghez az olyan vitorlás hajók között, amelyek az anya természetéből adódóan ingyenesen használják a szélét, összehasonlítva a nagyobb vagy gyorsabb hajókkal, amelyeket mesterséges úton, például motorral hajtanak meg. ”
Sajnos, amint Loeb hozzátette, az elektromos vitorlák nagy távolságra nem könnyen észlelhetők, mert villamosított dróthálóból készülnek, és nem bocsátanak ki nyilvánvaló műszaki aláírást. „Ezért - fejezi be a következtetést -, a SETI-nek elsősorban a könnyű vitorlák keresésére kell összpontosítania, amelyek a fénysugár szivárgása miatt láthatóak a vitorla határain túl a kiindulási helyük közelében, vagy azért, mert tükrözik a napfényt, amikor áthaladnak a Nap, akárcsak az aszteroidák vagy hasonló méretű üstökösök. "
Lingam és Loeb azonban hangsúlyozzák, hogy az elektromos vitorlák pontosan ugyanazon okból vonzó lehetőség lehetnek egy földön kívüli civilizáció számára. Az energiahatékonyságon kívül az elektromos vitorlák nem terjednek ki és ezért az egyik csillagrendszerről a másikra eljuthatnak anélkül, hogy észrevennék őket. Lehetséges megoldás a Fermi Paradoxnak? Talán!
Mindenesetre ez a tanulmány jelzi, hogy a szomszédos csillagrendszerek feltárására irányuló jelenlegi terveinknek olyan koncepciókra kell összpontosítaniuk, amelyek hangsúlyozzák a sebességet a hosszú élet alatt. Ez azt jelenti, hogy az elektromos vagy mágneses vitorlák telepítése (amelyek továbbra is felfedezhetik az univerzumot az örökkévalók számára) rossz ötlet, de egy olyan küldetés, amely életünk során egy másik csillagrendszerbe érkezhet, úgy tűnik, hogy ez most előnyben részesített lehetőség.
