האם נסיעות בין כוכביות אמיתיות?

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

מחבר המאמר מספר בפירוט על ארבע טכנולוגיות מבטיחות שנותנות לאנשים את ההזדמנות להגיע לכל מקום ביקום במהלך חיי אדם אחד. לשם השוואה: באמצעות טכנולוגיה מודרנית, הדרך למערכת כוכבים נוספת תארך כ-100 אלף שנה.

מאז שהאדם הביט לראשונה בשמי הלילה, חלמנו לבקר בעולמות אחרים ולראות את היקום. ולמרות שהרקטות שלנו בדלק כימי כבר הגיעו לכוכבי לכת, ירחים וגופים אחרים במערכת השמש, החללית הרחוקה ביותר מכדור הארץ, וויאג'ר 1, כיסתה רק 22.3 מיליארד קילומטרים. זהו רק 0.056% מהמרחק למערכת הכוכבים הידועה הקרובה ביותר. באמצעות טכנולוגיה מודרנית, הדרך למערכת כוכבים נוספת תימשך כ-100 אלף שנה.

עם זאת, אין צורך לפעול כפי שעשינו תמיד. היעילות של שליחת כלי רכב עם מסת מטען גדולה, אפילו עם בני אדם על הסיפון, על פני מרחקים חסרי תקדים ביקום יכולה להשתפר מאוד אם משתמשים בטכנולוגיה הנכונה. ליתר דיוק, יש ארבע טכנולוגיות מבטיחות שיכולות להביא אותנו לכוכבים בהרבה פחות זמן. הנה הם.

אחד). טכנולוגיה גרעינית. עד כה בהיסטוריה האנושית, לכל החלליות ששוגרו לחלל יש דבר אחד במשותף: מנוע בדלק כימי. כן, דלק רקטות הוא תערובת מיוחדת של כימיקלים שנועדה לספק דחף מירבי. הביטוי "כימיקלים" חשוב כאן. התגובות שנותנות אנרגיה למנוע מבוססות על חלוקה מחדש של קשרים בין אטומים.

זה מגביל באופן מהותי את הפעולות שלנו! הרוב המכריע של המסה של האטום נופל על הגרעין שלו - 99, 95%. כאשר מתחילה תגובה כימית, האלקטרונים המסתובבים סביב האטומים מתחלקים מחדש ובדרך כלל משחררים כאנרגיה כ-0,0001% מהמסה הכוללת של האטומים המשתתפים בתגובה, לפי המשוואה המפורסמת של איינשטיין: E = mc2. המשמעות היא שעל כל קילוגרם של דלק שנטען לרקטה, במהלך התגובה, מקבלים אנרגיה שווה ערך לכ-1 מיליגרם.

עם זאת, אם נעשה שימוש רקטות בדלק גרעיני, המצב יהיה שונה בתכלית. במקום להסתמך על שינויים בתצורת האלקטרונים והאופן שבו אטומים נקשרים זה לזה, אתה יכול לשחרר כמות עצומה יחסית של אנרגיה על ידי השפעה על האופן שבו גרעיני האטומים מחוברים זה לזה. כאשר אתה מבקע אטום אורניום על ידי הפצצתו בניוטרונים, הוא פולט הרבה יותר אנרגיה מכל תגובה כימית. קילוגרם אחד של אורניום-235 יכול לשחרר כמות אנרגיה שווה ערך ל-911 מיליגרם מסה, שהיא יעילה כמעט פי אלף מדלק כימי.

נוכל לעשות מנועים יעילים עוד יותר אם נשלוט בהיתוך גרעיני. לדוגמה, מערכת של היתוך תרמו-גרעיני מבוקר אינרציאלי, בעזרתה ניתן יהיה לסנתז מימן להליום, תגובת שרשרת כזו מתרחשת על השמש. סינתזה של 1 ק"ג דלק מימן להליום תמיר 7.5 ק"ג מסה לאנרגיה טהורה, שהיא יעילה כמעט פי 10,000 מדלק כימי.

הרעיון הוא לקבל את אותה תאוצה עבור רקטה לפרק זמן ארוך בהרבה: יותר מאות או אפילו אלפי מונים מאשר עכשיו, מה שיאפשר להם להתפתח מהר יותר מאות או אלפי מונים מאשר רקטות קונבנציונליות כעת. שיטה כזו תצמצם את זמן הטיסה הבין-כוכבית למאות או אפילו עשרות שנים.זוהי טכנולוגיה מבטיחה שנוכל להשתמש בה עד שנת 2100, בהתאם לקצב ולכיוון ההתפתחות המדעית.

2). קרן של לייזרים קוסמיים. הרעיון הזה נמצא בלב ליבו של פרויקט Breakthrough Starshot, שזכה לפרסום לפני כמה שנים. עם השנים, הקונספט לא איבד מהאטרקטיביות שלו. בעוד טיל קונבנציונלי נושא עמו דלק ומוציא אותו על האצה, הרעיון המרכזי של טכנולוגיה זו הוא קרן לייזרים עוצמתיים שיעניקו לחללית את הדחף הדרוש. במילים אחרות, מקור התאוצה יהיה מנותק מהספינה עצמה.

הרעיון הזה מרגש ומהפכני מבחינות רבות. טכנולוגיות הלייזר מתפתחות בהצלחה והופכות לא רק לעוצמתיות יותר, אלא גם לקולימציה גבוהה. לכן, אם ניצור חומר דמוי מפרש המשקף אחוז גבוה מספיק של אור לייזר, נוכל להשתמש בצילום לייזר כדי לגרום לחללית לפתח מהירויות ענק. "ספינת הכוכבים" במשקל של ~ 1 גרם צפויה להגיע למהירות של ~ 20% ממהירות האור, מה שיאפשר לה לטוס לכוכב הקרוב ביותר, פרוקסימה קנטאורי, תוך 22 שנים בלבד.

כמובן, בשביל זה נצטרך ליצור קרן לייזרים ענקית (כ-100 קמ ר), וזה צריך להיעשות בחלל, אם כי זו בעיית עלות יותר מאשר טכנולוגיה או מדע. עם זאת, ישנם מספר אתגרים שצריך להתגבר עליהם על מנת שניתן יהיה לבצע פרויקט כזה. ביניהם:

• מפרש לא נתמך יסתובב, נדרש מנגנון ייצוב כלשהו (עדיין לא פותח);
• חוסר היכולת לבלום כאשר מגיעים לנקודת היעד, מכיוון שאין דלק על הסיפון;
• גם אם יתברר קנה מידה של המכשיר להסעת אנשים, אדם לא יוכל לשרוד בתאוצה עצומה - הבדל משמעותי במהירות בפרק זמן קצר.

אולי מתישהו טכנולוגיות יצליחו לקחת אותנו לכוכבים, אבל עדיין אין שיטה מוצלחת לאדם להגיע למהירות השווה ל-~20% ממהירות האור.

3). דלק אנטי-חומר. אם בכל זאת נרצה לשאת איתנו דלק, נוכל להפוך אותו ליעיל ביותר שאפשר: הוא יתבסס על השמדת חלקיקים ואנטי-חלקיקים. בניגוד לדלק כימי או גרעיני, שבו רק חלק מהמסה שעל הסיפון מומרת לאנרגיה, השמדת חלקיקים-אנטי-חלקיקים משתמשת ב-100% מהמסה של חלקיקים וגם נגד חלקיקים. היכולת להמיר את כל הדלק לאנרגיית פעימה היא הרמה הגבוהה ביותר של יעילות דלק.

מתעוררים קשיים ביישום שיטה זו בפועל בשלושה כיוונים עיקריים. באופן ספציפי:

• יצירת אנטי-חומר ניטרלי יציב;
• היכולת לבודד אותו מהחומר הרגיל ולשלוט בו במדויק;
• לייצר אנטי-חומר בכמויות גדולות מספיק לטיסה בין כוכבית.

למרבה המזל, כבר עובדים על שני הנושאים הראשונים.

בארגון האירופי למחקר גרעיני (CERN), שבו נמצא מאיץ ההדרונים הגדול, ישנו מתחם ענק המכונה "מפעל אנטי-חומר". שם, שישה צוותים עצמאיים של מדענים חוקרים את תכונותיו של אנטי-חומר. הם לוקחים אנטי פרוטונים ומאטים אותם, ומאלצים את הפוזיטרון להיקשר אליהם. כך נוצרים אנטיאטומים או אנטי-חומר ניטרלי.

הם מבודדים את האנטיאטומים הללו במיכל בעל שדות חשמליים ומגנטיים משתנים המחזיקים אותם במקום, הרחק מדפנות מיכל העשוי מחומר. עד עכשיו, באמצע 2020, הם בודדו וייצבו בהצלחה כמה אנטיאטומים למשך שעה בכל פעם. במהלך השנים הקרובות, מדענים יוכלו לשלוט בתנועת האנטי-חומר בתוך שדה הכבידה.

הטכנולוגיה הזו לא תהיה זמינה לנו בעתיד הקרוב, אבל אולי יתברר שהדרך המהירה ביותר שלנו לנסיעה בין כוכבית היא רקטה אנטי-חומר.

4). ספינת כוכבים על חומר אפל. אפשרות זו בהחלט מסתמכת על ההנחה שכל חלקיק האחראי לחומר אפל מתנהג כמו בוזון והוא אנטי-חלקיק של עצמו. בתיאוריה, לחומר האפל, שהוא אנטי-חלקיק של עצמו, יש סיכוי קטן, אך לא אפסי, להשמיד עם כל חלקיק אחר של חומר אפל שמתנגש בו. אנו יכולים להשתמש באנרגיה המשתחררת כתוצאה מההתנגשות.

יש לכך ראיות אפשריות. כתוצאה מתצפיות, נקבע כי לשביל החלב ולגלקסיות אחרות יש עודף בלתי מוסבר של קרינת גמא המגיעה ממרכזיהן, שם ריכוז האנרגיה האפלה אמור להיות הגבוה ביותר. תמיד יש אפשרות שיש לזה הסבר אסטרופיזי פשוט, למשל פולסרים. עם זאת, ייתכן שהחומר האפל הזה עדיין מחסל עם עצמו במרכז הגלקסיה ובכך נותן לנו רעיון מדהים - ספינת כוכבים על חומר אפל.

היתרון של שיטה זו הוא שחומר אפל קיים ממש בכל מקום בגלקסיה. זה אומר שאנחנו לא צריכים לשאת איתנו דלק בטיול. במקום זאת, כור האנרגיה האפל יכול פשוט לעשות את הפעולות הבאות:

• לקחת כל חומר אפל שנמצא בקרבת מקום;
• להאיץ את השמדתו או לאפשר לו להכחיד באופן טבעי;
• לנתב מחדש את האנרגיה המתקבלת כדי לצבור תאוצה לכל כיוון רצוי.

אדם יכול לשלוט בגודל ובכוח של הכור כדי להשיג את התוצאות הרצויות.

ללא צורך לשאת דלק על הסיפון, רבות מהבעיות של נסיעות בחלל מונעות הנעה ייעלמו. במקום זאת, נוכל להגשים את החלום היקר של כל מסע - האצה מתמדת בלתי מוגבלת. זה ייתן לנו את היכולת הבלתי נתפסת ביותר - היכולת להגיע לכל מקום ביקום במהלך חיי אדם אחד.

אם נגביל את עצמנו לטכנולוגיות טילים קיימות, אז נצטרך לפחות עשרות אלפי שנים כדי לנסוע מכדור הארץ למערכת הכוכבים הקרובה ביותר. עם זאת, התקדמות משמעותית בטכנולוגיית המנוע נמצאת בהישג יד, ותצמצם את זמני הנסיעה לחיי אדם אחד. אם נוכל לשלוט בשימוש בדלק גרעיני, קרני לייזר קוסמיות, אנטי-חומר או אפילו חומר אפל, נגשים את החלום שלנו ונהפוך לציביליזציה בחלל ללא שימוש בטכנולוגיות משבשות כמו כונני עיוות.

ישנן דרכים פוטנציאליות רבות להפוך רעיונות מבוססי מדע לטכנולוגיות מנועי הדור הבא מעשיות בעולם האמיתי. בהחלט ייתכן שעד סוף המאה החללית, שטרם הומצאה, תתפוס את מקומן של ניו הורייזנס, פיוניר ווויאג'ר כעצמים מעשה ידי אדם הרחוקים ביותר מכדור הארץ. המדע כבר מוכן. נותר לנו להסתכל מעבר לטכנולוגיה הנוכחית שלנו ולהגשים את החלום הזה.