การเดินทางระหว่างดวงดาวเป็นไปได้หรือไม่? เที่ยวบินระหว่างดวงดาว: ความจริงหรือตำนาน? เที่ยวบินระหว่างดวงดาว

การบินระหว่างดวงดาวคือการเดินทางระหว่างดวงดาวโดยยานพาหนะควบคุมหรือสถานีอัตโนมัติ ส่วนใหญ่แล้ว การบินระหว่างดวงดาวหมายถึงการเดินทางโดยมนุษย์ บางครั้งอาจมีการตั้งอาณานิคมของดาวเคราะห์นอกระบบ

การสร้างฝูงบินของเรือระหว่างดวงดาวจะเริ่มที่จุดลากรองจ์ของระบบโลก-ดวงจันทร์ (จุดสมดุลแรงโน้มถ่วง) วัสดุส่วนใหญ่สามารถจัดส่งได้จากฐานดวงจันทร์ - ตัวอย่างเช่นภาชนะที่บรรจุด้วยนั้นจะถูกยิงด้วยปืนแม่เหล็กไฟฟ้าและถูกยึดโดยสถานีดักพิเศษในพื้นที่ก่อสร้าง เครื่องยนต์สำหรับเรือระหว่างดวงดาวจะต้องมีลำดับพลังงานเดียวกันกับพลังงานทั้งหมดที่มนุษยชาติใช้ในปัจจุบัน ด้วยเทคโนโลยีที่คาดการณ์ได้และความสามารถของทรัพยากร จึงเป็นไปได้ที่จะให้โครงร่างการเดินทางระหว่างดวงดาวในอนาคต

เมื่อพิจารณายานอวกาศเพื่อวัตถุประสงค์ใด ๆ จะสะดวกในการแบ่งออกเป็นสองส่วน - ระบบขับเคลื่อนและน้ำหนักบรรทุก โดยทั่วไประบบขับเคลื่อนไม่เพียงแต่หมายถึงเครื่องยนต์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงถังเชื้อเพลิงและโครงสร้างกำลังที่จำเป็นด้วย สำหรับปัญหาการเดินทางระหว่างดวงดาวนั้น ระบบขับเคลื่อนคือปัจจัยสำคัญที่กำหนดความเป็นไปได้ของโครงการ อย่างไรก็ตามปัญหาในการสร้างระบบขับเคลื่อนอยู่นอกเหนือขอบเขตการพิจารณานี้ สิ่งสำคัญสำหรับเราในตอนนี้คือมีเทคโนโลยีที่สามารถยอมรับได้สำหรับเที่ยวบินระหว่างดวงดาวในระหว่างการพัฒนา ที่นี่เทคโนโลยีการใช้ฟิวชั่นเทอร์โมนิวเคลียร์เฉื่อยสำหรับการขับเคลื่อนจรวดมาก่อน การติดตั้ง American NIF (National Ignition Facility) เพื่อวิจัยเลเซอร์ฟิวชั่นแสนสาหัสมูลค่า 3.5 พันล้านดอลลาร์ได้รับผลลัพธ์ที่บ่งชี้ว่าสามารถสร้างเครื่องยนต์จรวดได้บนหลักการนี้ มีการสร้างการติดตั้งประเภทนี้ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นใกล้กับ Sarov สถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกับเครื่องยนต์จรวดเพียงเล็กน้อย แต่ถ้าเรา "ตัด" พวกมันลงครึ่งหนึ่ง โดยกำจัดฐานราก ผนัง และอุปกรณ์จำนวนมากที่ไม่จำเป็นในอวกาศออกไป เราก็จะได้เครื่องยนต์จรวดที่สามารถอัพเกรดเป็นเวอร์ชันระหว่างดวงดาวได้ เราทราบว่าเครื่องยนต์ดังกล่าวจะต้องมีขนาดใหญ่ หนัก และทรงพลังมาก โดยไม่ต้องลงรายละเอียด เครื่องยนต์สำหรับเรือระหว่างดวงดาวจะต้องมีลำดับพลังงานเดียวกันกับพลังงานทั้งหมดที่มนุษยชาติใช้ในปัจจุบัน การมีเครื่องยนต์ดังกล่าว (และหากไม่มีเครื่องยนต์ดังกล่าวก็ไม่มีอะไรจะพูดถึง) คุณจะรู้สึกมีอิสระมากขึ้นเมื่อพิจารณาถึงพารามิเตอร์ของน้ำหนักบรรทุก ในการเปรียบเทียบ หากนักปั่นจักรยานสังเกตเห็นน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น 50 กิโลกรัมอยู่แล้ว หัวรถจักรดีเซลจะไม่สังเกตเห็นน้ำหนักที่เพิ่มขึ้น 50 ตันด้วยซ้ำ

ด้วยความเข้าใจนี้ เราสามารถลองจินตนาการถึงการเดินทางระหว่างดวงดาวครั้งแรกได้ ในกรณีนี้ คุณจะต้องใช้ผลลัพธ์ของการคำนวณและการประมาณการที่ทำขึ้น แต่ไม่สามารถทำซ้ำได้ที่นี่ ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน

การสร้างฝูงบินของเรือระหว่างดวงดาวจะเริ่มที่จุดลากรองจ์ของระบบโลก-ดวงจันทร์ (จุดสมดุลแรงโน้มถ่วง) วัสดุส่วนใหญ่สามารถจัดส่งได้จากฐานดวงจันทร์ - ตัวอย่างเช่นภาชนะที่บรรจุด้วยนั้นจะถูกยิงด้วยปืนแม่เหล็กไฟฟ้าและถูกยึดโดยสถานีดักพิเศษในพื้นที่ก่อสร้าง

เรือลำเดียวหมายถึงน้ำหนักบรรทุกหลายแสนตัน เครื่องยนต์หลายล้านตัน และเชื้อเพลิงหลายสิบล้านตัน ตัวเลขเหล่านี้อาจดูน่ากลัว แต่เพื่อหลีกเลี่ยงการถูกข่มขู่เกินไป สามารถนำไปเปรียบเทียบกับโครงการก่อสร้างขนาดใหญ่อื่นๆ ได้ นานมาแล้วใน 20 ปีที่ผ่านมา ปิรามิด Cheops มีน้ำหนักมากกว่า 6 ล้านตันได้ถูกสร้างขึ้น หรือในสมัยของเราแล้ว - ในแคนาดาในปี 2508 เกาะ North Dame ถูกสร้างขึ้น ต้องใช้ดินเพียง 15 ล้านตัน และการก่อสร้างใช้เวลาเพียง 10 เดือน เรือเดินทะเลที่ใหญ่ที่สุด - Knock Nevis - มีระวางขับน้ำ 825,614 ตัน การก่อสร้างในอวกาศมีความยากเฉพาะของตัวเอง แต่ก็มีข้อดีบางประการเช่นการลดองค์ประกอบพลังงานเนื่องจากความไร้น้ำหนักการไม่มีข้อ จำกัด ด้านมวลและขนาดเสมือนจริง (บนโลกโครงสร้างที่ใหญ่พอที่จะบดขยี้ตัวเอง)

ประมาณ 95% ของมวลของเรือระหว่างดวงดาวจะเป็นเชื้อเพลิงแสนสาหัส อาจใช้โบรอนไฮโดรเจน เชื้อเพลิงจะแข็ง ไม่จำเป็นต้องใช้ถัง ซึ่งช่วยปรับปรุงลักษณะของเรืออย่างมากและทำให้การก่อสร้างง่ายขึ้น เป็นการดีกว่าที่จะรวบรวมโบโรไฮไดรด์ที่ไม่ได้อยู่ในระบบ Earth-Moon แต่อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์ในระบบดาวเสาร์เป็นต้นเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียเนื่องจากการระเหิด ระยะเวลาในการก่อสร้างสามารถประมาณได้หลายทศวรรษ ระยะเวลาไม่นานนักและนอกจากนี้ผู้สร้างรายเดียวกันจะทำงานอื่นไปพร้อม ๆ กันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการพัฒนาระบบสุริยะ เป็นการดีกว่าที่จะเริ่มการก่อสร้างด้วยการก่อสร้างอาคารพักอาศัยของเรือซึ่งผู้สร้างและผู้เชี่ยวชาญอื่น ๆ จะอาศัยอยู่ ในเวลาเดียวกัน ในระหว่างการก่อสร้างและการสะสมเชื้อเพลิง ความเสถียรของระบบช่วยชีวิตแบบปิดจะถูกทดสอบมานานหลายทศวรรษ

ระบบช่วยชีวิตแบบปิดอาจเป็นปัญหาที่ยากที่สุดเป็นอันดับสองรองจากปัญหาเครื่องยนต์ คนหนึ่งคนใช้น้ำ อาหาร และอากาศประมาณ 5 กิโลกรัมต่อวัน หากคุณนำทุกอย่างติดตัวไปด้วย คุณจะต้องมีเสบียงมากกว่า 200,000 ตัน วิธีแก้ปัญหาคือนำทรัพยากรกลับมาใช้ใหม่เมื่อเกิดขึ้นบนโลก

ระยะทางการบินระหว่างดวงดาวเต็มรูปแบบสามารถสัมผัสได้ก็ต่อเมื่อเราพิจารณาวิธีดำเนินการเที่ยวบินดังกล่าว แน่นอนว่าการพิจารณาเช่นนี้ไม่ได้มีจุดมุ่งหมายเพื่อ "รู้สึกถึงความห่างไกล" และไม่สามารถถือเป็นการออกแบบเรือระหว่างดวงดาวโดยเฉพาะได้ การศึกษาการเดินทางระหว่างดวงดาวในปัจจุบันมีลักษณะทางวิศวกรรมและทางทฤษฎี เป็นไปไม่ได้ที่จะพิสูจน์ความเป็นไปไม่ได้ของการบินระหว่างดวงดาว แต่ไม่มีใครสามารถพิสูจน์ความเป็นไปได้ได้ ทางออกของสถานการณ์ไม่ใช่เรื่องง่าย - จำเป็นต้องเสนอการออกแบบเรือระหว่างดวงดาวที่จะได้รับการยอมรับจากชุมชนวิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ตามที่เป็นไปได้

ไม่รวมเที่ยวบินของเรือระหว่างดวงดาวเดี่ยวซึ่งเป็นกฎในวรรณกรรมนิยายวิทยาศาสตร์ สามารถบินได้เพียงฝูงบินของเรือประมาณหนึ่งโหลเท่านั้น นี่เป็นข้อกำหนดด้านความปลอดภัย และนอกจากนั้น ยังรับประกันความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตผ่านการสื่อสารระหว่างลูกเรือของเรือต่างๆ

เมื่อการสร้างฝูงบินเสร็จสิ้น ก็จะเคลื่อนไปยังคลังเชื้อเพลิงสำรอง เทียบท่ากับฝูงบินแล้วออกเดินทาง เห็นได้ชัดว่าการเร่งความเร็วจะช้ามากและภายในหนึ่งหรือสองอุปกรณ์เคลื่อนที่เพิ่มเติมจะสามารถโยนสิ่งที่พวกเขาลืมลงเรือและนำผู้ที่เปลี่ยนใจออกไป

เที่ยวบินจะมีอายุการใช้งาน 100-150 ปี ความเร่งช้าด้วยความเร่งประมาณหนึ่งในร้อยของโลกในช่วงสิบปี การบินหลายสิบปีตามความเฉื่อย และการชะลอตัวค่อนข้างเร็วกว่าความเร่ง การเร่งความเร็วอย่างรวดเร็วจะลดเวลาการบินลงอย่างมาก แต่ก็เป็นไปไม่ได้เนื่องจากระบบขับเคลื่อนมีมวลขนาดใหญ่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

เที่ยวบินนี้จะไม่เต็มไปด้วยการผจญภัยในอวกาศตามที่อธิบายไว้ในวรรณกรรมนิยายวิทยาศาสตร์ แทบไม่มีภัยคุกคามจากภายนอกเลย เมฆฝุ่นจักรวาล ความปั่นป่วนในอวกาศ ช่องว่างของเวลา - อุปกรณ์ทั้งหมดนี้ไม่เป็นภัยคุกคามเนื่องจากไม่มีอยู่ แม้แต่อุกกาบาตเล็กๆ น้อยๆ ก็หาได้ยากมากในอวกาศระหว่างดวงดาว ปัญหาภายนอกหลักคือรังสีคอสมิกทางช้างเผือก, รังสีคอสมิก นี่คือการไหลของนิวเคลียสไอโซโทรปิกขององค์ประกอบที่มีพลังงานสูงและมีความสามารถในการทะลุทะลวงสูง บนโลกเราได้รับการปกป้องจากบรรยากาศและสนามแม่เหล็กในอวกาศหากการบินเป็นเวลานานเราต้องใช้มาตรการพิเศษเพื่อปกป้องพื้นที่อยู่อาศัยของเรือเพื่อให้ปริมาณรังสีคอสมิกไม่เกินอย่างมาก ระดับดิน เทคนิคการออกแบบที่เรียบง่ายจะช่วยได้ที่นี่ - มีเชื้อเพลิงสำรอง (และมีขนาดใหญ่มาก) อยู่รอบห้องนั่งเล่นและป้องกันรังสีเกือบตลอดเวลาบิน

ผู้อ่านของเรา Nikita Ageev ถามว่าปัญหาหลักของการเดินทางระหว่างดวงดาวคืออะไร? คำตอบ เช่น จะต้องมีความยาวบทความ แม้ว่าคำถามจะสามารถตอบได้ด้วยสัญลักษณ์เดียว: ค .

ความเร็วแสงในสุญญากาศ c อยู่ที่ประมาณสามแสนกิโลเมตรต่อวินาที และเป็นไปไม่ได้ที่จะเกินความเร็วนั้น ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้เลยที่จะไปถึงดวงดาวได้เร็วกว่าในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า (แสงเดินทางถึงดาวพรอกซิมาเซนทอรีเป็นเวลา 4.243 ปี ดังนั้นยานอวกาศจึงไม่สามารถไปถึงได้เร็วกว่านี้อีก) หากคุณบวกเวลาสำหรับการเร่งความเร็วและการชะลอตัวด้วยความเร่งที่มนุษย์ยอมรับได้มากหรือน้อย คุณจะมีเวลาประมาณสิบปีในการถึงดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุด

เงื่อนไขในการบินมีอะไรบ้าง?

และช่วงนี้ก็เป็นอุปสรรคสำคัญในตัวเองอยู่แล้ว แม้ว่าเราจะเพิกเฉยต่อคำถามที่ว่า “จะเร่งความเร็วให้ใกล้เคียงกับความเร็วแสงได้อย่างไร” ขณะนี้ไม่มียานอวกาศที่อนุญาตให้ลูกเรือใช้ชีวิตอย่างอิสระในอวกาศได้เป็นเวลานาน - นักบินอวกาศถูกนำเสบียงสดใหม่จากโลกอย่างต่อเนื่อง โดยปกติแล้ว การสนทนาเกี่ยวกับปัญหาการเดินทางระหว่างดวงดาวจะเริ่มต้นด้วยคำถามพื้นฐานมากกว่า แต่เราจะเริ่มจากปัญหาที่ประยุกต์ล้วนๆ

แม้แต่ครึ่งศตวรรษหลังการบินของกาการิน วิศวกรก็ไม่สามารถสร้างเครื่องซักผ้าและฝักบัวที่ใช้งานได้จริงเพียงพอสำหรับยานอวกาศ และห้องน้ำที่ออกแบบมาเพื่อความไร้น้ำหนักก็พังทลายบน ISS ด้วยความสม่ำเสมอที่น่าอิจฉา การบินไปดาวอังคารอย่างน้อย (22 นาทีแสงแทนที่จะเป็น 4 ปีแสง) เป็นงานที่ไม่สำคัญสำหรับนักออกแบบระบบประปา: ดังนั้นสำหรับการเดินทางไปดวงดาวอย่างน้อยก็จำเป็นต้องสร้างห้องน้ำอวกาศที่มีอายุการใช้งานยี่สิบปีเป็นอย่างน้อย รับประกันและเครื่องซักผ้าแบบเดียวกัน

น้ำสำหรับซักล้างและดื่มจะต้องนำติดตัวไปด้วยหรือนำกลับมาใช้ซ้ำ เช่นเดียวกับอากาศและอาหารก็ต้องถูกจัดเก็บหรือปลูกบนเรือด้วย การทดลองเพื่อสร้างระบบนิเวศแบบปิดบนโลกได้ดำเนินการไปแล้ว แต่สภาพของพวกเขายังคงแตกต่างจากในอวกาศอย่างมาก อย่างน้อยก็ในที่ที่มีแรงโน้มถ่วง มนุษยชาติรู้วิธีเปลี่ยนสิ่งที่บรรจุอยู่ในโถให้เป็นน้ำดื่มสะอาด แต่ในกรณีนี้ จำเป็นต้องสามารถทำได้ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ด้วยความน่าเชื่อถืออย่างแท้จริง และไม่มีวัสดุสิ้นเปลืองบรรทุกบรรทุก: นำตลับกรองบรรทุกบรรทุกไปที่ ดาวแพงเกินไป

การซักถุงเท้าและการป้องกันการติดเชื้อในลำไส้อาจดูเหมือนเป็นข้อจำกัด "ที่ไม่ใช่ทางกายภาพ" ซ้ำซากเกินไปในเที่ยวบินระหว่างดวงดาว อย่างไรก็ตาม นักเดินทางที่มีประสบการณ์จะยืนยันว่า "สิ่งเล็กๆ น้อยๆ" เช่น รองเท้าที่ไม่สบายตัว หรืออาการปวดท้องจากอาหารที่ไม่คุ้นเคยในการสำรวจแบบอัตโนมัติสามารถพลิกกลับได้ เข้าสู่อันตรายถึงชีวิต

การแก้ปัญหาแม้แต่ปัญหาพื้นฐานในชีวิตประจำวันนั้นจำเป็นต้องมีฐานทางเทคโนโลยีที่จริงจังพอๆ กับการพัฒนาเครื่องยนต์อวกาศใหม่โดยพื้นฐาน หากบนโลกคุณสามารถซื้อปะเก็นที่ชำรุดในถังส้วมได้ที่ร้านค้าที่ใกล้ที่สุดในราคาสองรูเบิลจากนั้นบนเรือ Martian จำเป็นต้องจัดเตรียมเงินสำรอง ทุกคนชิ้นส่วนที่คล้ายกันหรือเครื่องพิมพ์สามมิติสำหรับการผลิตชิ้นส่วนอะไหล่จากวัตถุดิบพลาสติกสากล

ในกองทัพเรือสหรัฐฯ เมื่อปี 2556 อย่างจริงจังเริ่มการพิมพ์ 3 มิติ หลังจากที่เราประเมินเวลาและเงินที่ใช้ในการซ่อมอุปกรณ์ทางทหารโดยใช้วิธีดั้งเดิมในสนาม กองทัพให้เหตุผลว่าการพิมพ์ปะเก็นหายากสำหรับส่วนประกอบเฮลิคอปเตอร์ที่เลิกผลิตไปเมื่อสิบปีที่แล้วนั้นง่ายกว่าการสั่งซื้อชิ้นส่วนจากโกดังในทวีปอื่น

Boris Chertok หนึ่งในเพื่อนร่วมงานที่ใกล้ที่สุดของ Korolev เขียนไว้ในบันทึกความทรงจำของเขาเรื่อง "Rockets and People" ว่า ณ จุดหนึ่ง โครงการอวกาศของโซเวียตกำลังเผชิญกับปัญหาการขาดแคลนหน้าสัมผัสปลั๊ก ตัวเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้สำหรับสายเคเบิลแบบมัลติคอร์ต้องได้รับการพัฒนาแยกต่างหาก

นอกจากอะไหล่สำหรับอุปกรณ์ อาหาร น้ำ และอากาศแล้ว นักบินอวกาศยังต้องการพลังงานอีกด้วย เครื่องยนต์และอุปกรณ์ออนบอร์ดจะต้องใช้พลังงาน ดังนั้นปัญหาของแหล่งพลังงานที่ทรงพลังและเชื่อถือได้จะต้องได้รับการแก้ไขแยกกัน แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ไม่เหมาะ หากเพียงเพราะระยะห่างจากดวงดาวที่กำลังบิน เครื่องกำเนิดไอโซโทปรังสี (ซึ่งให้พลังงานแก่ยานโวเอเจอร์และนิวฮอริซอนส์) ไม่ได้ให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับยานอวกาศที่มีคนขับขนาดใหญ่ และพวกเขายังไม่ได้เรียนรู้วิธีทำให้เต็ม -เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์สำหรับอวกาศ

โครงการดาวเทียมที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์ของโซเวียตเสียหายจากเรื่องอื้อฉาวระหว่างประเทศหลังจากการล่มสลายของคอสมอส 954 ในแคนาดา เช่นเดียวกับความล้มเหลวหลายครั้งซึ่งมีผลกระทบน้อยกว่ามาก งานที่คล้ายกันในสหรัฐอเมริกาถูกหยุดลงก่อนหน้านี้ด้วยซ้ำ ตอนนี้ Rosatom และ Roscosmos ตั้งใจที่จะสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในอวกาศ แต่สิ่งเหล่านี้ยังคงเป็นสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่งสำหรับเที่ยวบินระยะสั้น ไม่ใช่การเดินทางหลายปีไปยังระบบดาวอื่น

บางทียานอวกาศระหว่างดวงดาวในอนาคตอาจใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แทนเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เกี่ยวกับความยากลำบากในการกำหนดพารามิเตอร์ของพลาสมาเทอร์โมนิวเคลียร์อย่างถูกต้องอย่างน้อยที่ MIPT ในฤดูร้อนนี้ อย่างไรก็ตาม โครงการ ITER บนโลกกำลังดำเนินไปอย่างประสบความสำเร็จ แม้แต่ผู้ที่เข้าสู่ปีแรกในวันนี้ก็มีโอกาสที่จะเข้าร่วมงานเครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ทดลองเครื่องแรกที่มีสมดุลพลังงานเชิงบวก

จะบินอะไร?

เครื่องยนต์จรวดแบบธรรมดาไม่เหมาะสำหรับการเร่งและลดความเร็วของเรือระหว่างดวงดาว ผู้ที่คุ้นเคยกับหลักสูตรกลศาสตร์ที่สอนที่ MIPT ในภาคการศึกษาแรกสามารถคำนวณได้อย่างอิสระว่าจรวดจะต้องใช้เชื้อเพลิงเท่าใดจึงจะไปถึงอย่างน้อยหนึ่งแสนกิโลเมตรต่อวินาที สำหรับผู้ที่ยังไม่คุ้นเคยกับสมการ Tsiolkovsky เราจะประกาศผลลัพธ์ทันที - มวลของถังเชื้อเพลิงจะสูงกว่ามวลของระบบสุริยะอย่างมาก

การจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มความเร็วที่เครื่องยนต์ปล่อยของเหลวทำงาน ก๊าซ พลาสมาหรืออย่างอื่น จนถึงลำแสงอนุภาคมูลฐาน ปัจจุบัน เครื่องยนต์พลาสมาและไอออนถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในการบินของสถานีระหว่างดาวเคราะห์อัตโนมัติภายในระบบสุริยะหรือเพื่อแก้ไขวงโคจรของดาวเทียมค้างฟ้า แต่ก็มีข้อเสียอื่น ๆ อีกหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องยนต์ทั้งหมดมีแรงขับน้อยเกินไป แต่ยังไม่สามารถเร่งความเร็วเรือได้หลายเมตรต่อวินาที

Oleg Gorshkov รองอธิการบดี MIPT เป็นหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญที่ได้รับการยอมรับในด้านเครื่องยนต์พลาสมา เครื่องยนต์ซีรีส์ SPD ผลิตขึ้นที่ Fakel Design Bureau ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์อนุกรมสำหรับการแก้ไขวงโคจรของดาวเทียมสื่อสาร

ในทศวรรษ 1950 โครงการเครื่องยนต์ได้รับการพัฒนาซึ่งจะใช้แรงกระตุ้นจากการระเบิดนิวเคลียร์ (โครงการ Orion) แต่ก็ยังห่างไกลจากการที่จะกลายเป็นโซลูชันสำเร็จรูปสำหรับการบินระหว่างดวงดาว การออกแบบเครื่องยนต์ที่ใช้เอฟเฟกต์แมกนีโตไฮโดรไดนามิกซึ่งได้รับการพัฒนาน้อยกว่านั้นคือเร่งความเร็วเนื่องจากการมีปฏิสัมพันธ์กับพลาสมาระหว่างดวงดาว ตามทฤษฎีแล้ว ยานอวกาศสามารถ "ดูด" พลาสมาเข้าไปข้างในแล้วโยนกลับออกมาเพื่อสร้างแรงขับของไอพ่น แต่นี่ทำให้เกิดปัญหาอีกประการหนึ่ง

จะอยู่รอดได้อย่างไร?

พลาสมาระหว่างดวงดาวส่วนใหญ่เป็นโปรตอนและนิวเคลียสของฮีเลียม หากเราพิจารณาอนุภาคหนัก เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณแสนกิโลเมตรต่อวินาที อนุภาคทั้งหมดเหล่านี้จะได้รับพลังงานระดับเมกะอิเล็กตรอนโวลต์หรือแม้แต่หลายสิบเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ ซึ่งเป็นปริมาณเท่ากับผลคูณของปฏิกิริยานิวเคลียร์ ความหนาแน่นของตัวกลางระหว่างดาวอยู่ที่ประมาณหนึ่งแสนไอออนต่อลูกบาศก์เมตร ซึ่งหมายความว่าต่อวินาทีหนึ่งตารางเมตรของตัวเรือจะได้รับโปรตอนประมาณ 10,13 โปรตอนด้วยพลังงานหลายสิบ MeV

หนึ่งอิเล็กตรอนโวลต์, eV,― นี่คือพลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับเมื่อบินจากอิเล็กโทรดหนึ่งไปยังอีกอิเล็กโทรดโดยมีความต่างศักย์หนึ่งโวลต์ ควอนตัมแสงมีพลังงานนี้ และควอนตัมอัลตราไวโอเลตที่มีพลังงานสูงกว่าก็สามารถทำลายโมเลกุล DNA ได้แล้ว การแผ่รังสีหรืออนุภาคที่มีพลังงานเมกะอิเล็กตรอนโวลต์จะมาพร้อมกับปฏิกิริยานิวเคลียร์และยิ่งไปกว่านั้นตัวมันเองก็สามารถก่อให้เกิดพวกมันได้

การฉายรังสีดังกล่าวสอดคล้องกับพลังงานที่ดูดซับ (สมมติว่าพลังงานทั้งหมดถูกดูดซับโดยผิวหนัง) จำนวนสิบจูล ยิ่งไปกว่านั้น พลังงานนี้ไม่เพียงแต่มาในรูปของความร้อนเท่านั้น แต่อาจถูกนำมาใช้บางส่วนเพื่อเริ่มต้นปฏิกิริยานิวเคลียร์ในวัสดุของเรือด้วยการก่อตัวของไอโซโทปอายุสั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ ชั้นบุจะกลายเป็นกัมมันตภาพรังสี

โปรตอนและนิวเคลียสฮีเลียมที่ตกกระทบบางส่วนสามารถถูกเบี่ยงเบนไปจากสนามแม่เหล็ก รังสีเหนี่ยวนำและรังสีทุติยภูมิสามารถป้องกันได้ด้วยเปลือกที่ซับซ้อนหลายชั้น แต่ปัญหาเหล่านี้ยังไม่มีวิธีแก้ปัญหาเช่นกัน นอกจากนี้ปัญหาพื้นฐานของรูปแบบ "ซึ่งวัสดุจะถูกทำลายโดยการฉายรังสีน้อยที่สุด" ในขั้นตอนการให้บริการเรือที่กำลังบินจะกลายเป็นปัญหาเฉพาะ - "วิธีคลายเกลียวสลักเกลียว 25 ตัวสี่ตัวในห้องที่มีพื้นหลังห้าสิบมิลลิวินาทีต่อ ชั่วโมง."

ขอให้เราระลึกว่าในระหว่างการซ่อมแซมกล้องโทรทรรศน์ฮับเบิลครั้งล่าสุด นักบินอวกาศล้มเหลวในการคลายเกลียวสลักเกลียวสี่ตัวที่ยึดกล้องตัวใดตัวหนึ่งออก หลังจากปรึกษาหารือกับโลกแล้ว พวกเขาก็เปลี่ยนกุญแจจำกัดแรงบิดเป็นกุญแจปกติและใช้กำลังดุร้าย สลักเกลียวเคลื่อนออกจากตำแหน่ง เปลี่ยนกล้องได้สำเร็จ หากถอดสลักที่ติดอยู่ออกไป การสำรวจครั้งที่สองจะมีค่าใช้จ่ายครึ่งพันล้านดอลลาร์สหรัฐ หรือมันคงไม่เกิดขึ้นเลย

มีวิธีแก้ไขหรือไม่?

ในนิยายวิทยาศาสตร์ (มักเป็นแฟนตาซีมากกว่าวิทยาศาสตร์) การเดินทางระหว่างดวงดาวทำได้สำเร็จผ่าน "อุโมงค์ใต้อวกาศ" อย่างเป็นทางการ สมการของไอน์สไตน์ซึ่งอธิบายเรขาคณิตของอวกาศ-เวลาขึ้นอยู่กับมวลและพลังงานที่กระจายไปในอวกาศ-เวลานี้ ยอมให้เกิดสิ่งที่คล้ายกัน - มีเพียงต้นทุนพลังงานโดยประมาณเท่านั้นที่น่าหดหู่ยิ่งกว่าการประมาณปริมาณเชื้อเพลิงจรวดสำหรับ เที่ยวบินไปยังพรอกซิมา เซ็นทอรี ไม่เพียงแต่คุณต้องการพลังงานมากเท่านั้น แต่ความหนาแน่นของพลังงานจะต้องเป็นลบด้วย

คำถามที่ว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่จะสร้าง "รูหนอน" ที่มั่นคง ใหญ่ และมีพลังที่เป็นไปได้นั้นเชื่อมโยงกับคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาลโดยรวม ปัญหาอย่างหนึ่งที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขในวิชาฟิสิกส์คือการไม่มีแรงโน้มถ่วงในสิ่งที่เรียกว่าแบบจำลองมาตรฐาน ซึ่งเป็นทฤษฎีที่อธิบายพฤติกรรมของอนุภาคมูลฐานและปฏิกิริยาทางกายภาพพื้นฐานสามในสี่ประการ นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ค่อนข้างสงสัยว่าในทฤษฎีแรงโน้มถ่วงควอนตัมจะมีสถานที่สำหรับ "กระโดดผ่านไฮเปอร์สเปซ" ระหว่างดวงดาว แต่พูดอย่างเคร่งครัดไม่มีใครห้ามไม่ให้พยายามหาวิธีแก้ปัญหาสำหรับการบินสู่ดวงดาว

นวนิยายวิทยาศาสตร์หลายพันเล่มบรรยายถึงยานอวกาศโฟตอนขนาดยักษ์ที่มีขนาดเท่ากับเมืองเล็ก ๆ (หรือใหญ่) และออกเดินทางระหว่างดวงดาวจากวงโคจรดาวเคราะห์ของเรา (บ่อยครั้งน้อยกว่าจากพื้นผิวโลก) แต่ตามที่ผู้เขียนโครงการ Breakthrough Starshot ทุกอย่างจะเกิดขึ้นแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง: ในวันสำคัญวันหนึ่ง สองพันปีในปีหนึ่ง ไม่ใช่หนึ่งหรือสองปี แต่เป็นยานอวกาศขนาดเล็กหลายร้อยหลายพันลำขนาดเท่าเล็บมือหนึ่งจะเปิดตัวไปยังหนึ่งในนั้น ดาวที่ใกล้ที่สุดคือ Alpha Centauri และมีน้ำหนัก 1 กรัม และแต่ละดวงจะมีใบเรือสุริยะที่บางที่สุดโดยมีพื้นที่ 16 ตารางเมตร ซึ่งจะพายานอวกาศไปข้างหน้าด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ

เสื้อผ้า. เพื่อรักษารูปร่างของใบเรือ จึงมีการวางแผนที่จะเสริมความแข็งแรงด้วยกราฟีน วัสดุคอมโพสิตที่ใช้กราฟีนบางชนิดสามารถหดตัวภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่ใช้เพื่อการควบคุมแบบแอ็คทีฟ เพื่อรักษาเสถียรภาพ ใบเรือสามารถคลายเกลียวหรือสร้างเป็นกรวยย้อนกลับเพื่อให้เกิดเสถียรภาพในตัวเองแบบพาสซีฟในสนามรังสีเลเซอร์ เรือใบแสงอาทิตย์ องค์ประกอบหลักของโครงการคือใบเรือพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีพื้นที่ 16 ตารางเมตรและมีมวลเพียง 1 กรัม วัสดุใบเรือเป็นกระจกอิเล็กทริกหลายชั้นที่สะท้อนแสงตกกระทบได้ 99.999% (ตามการคำนวณเบื้องต้นนี้ ควรจะเพียงพอที่จะป้องกันไม่ให้ใบเรือละลายในเลเซอร์สนามรังสีขนาด 100 GW) แนวทางที่มีแนวโน้มมากขึ้น ซึ่งทำให้สามารถทำให้ความหนาของใบเรือเล็กกว่าความยาวคลื่นของแสงสะท้อนได้ คือการใช้วัสดุ metamaterial ชั้นเดียวที่มีดัชนีการหักเหของแสงเป็นลบเป็นฐานของใบเรือ (วัสดุดังกล่าวยังมีการเจาะทะลุระดับนาโนด้วย ซึ่งจะลดมวลของมันลงอีก) ตัวเลือกที่สองคือการใช้วัสดุที่ไม่มีสัมประสิทธิ์การสะท้อนสูง แต่มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงต่ำ (10−9) เช่น วัสดุเชิงแสงสำหรับนำแสง

"ยิงไปดาว"

โครงการ Breakthrough Starshot อิงจากบทความของ Philip Lubin ศาสตราจารย์ฟิสิกส์ของ UC Santa Barbara เรื่อง "A Roadmap to Interstellar Flight" เป้าหมายหลักของโครงการนี้คือการทำให้เที่ยวบินระหว่างดวงดาวเป็นไปได้ในช่วงชีวิตของคนรุ่นต่อไป ซึ่งไม่ใช่ในศตวรรษ แต่ในอีกหลายทศวรรษ

แผนการบิน

1. จรวดปล่อยยานแม่ขึ้นสู่วงโคจรโลกต่ำซึ่งมียานสำรวจหลายสิบ ร้อย พัน หรือหลายหมื่นลำ 2. ยานสำรวจออกจากยานแม่ กางใบเรือ หันทิศทาง และเข้ารับตำแหน่งเริ่มต้น 3. อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสที่มีขนาด 1 x 1 กม. จากตัวปล่อยเลเซอร์ขนาดเล็ก 20 ล้านตัว (พร้อมรูรับแสง 20−25 ซม.) เริ่มทำงานบนโลกโดยเน้นลำแสงเลเซอร์ไปบนพื้นผิวของใบเรือ 4. เพื่อชดเชยการบิดเบือนของบรรยากาศจึงมีการใช้ทุ่นสนับสนุน - "ดวงดาวเทียม" ในบรรยากาศชั้นบนบนเรือแม่รวมถึงสัญญาณที่สะท้อนจากใบเรือ 5. หัววัดถูกเร่งด้วยลำแสงเลเซอร์ภายในไม่กี่นาทีถึง 20% ของความเร็วแสง และความเร่งถึง 30,000 กรัม ตลอดการบินซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 20 ปี เลเซอร์จะติดตามตำแหน่งของโพรบเป็นระยะ 6. เมื่อมาถึงเป้าหมาย ในระบบอัลฟ่าเซ็นทอรี ยานสำรวจจะพยายามตรวจจับดาวเคราะห์และถ่ายภาพดาวเคราะห์เหล่านั้นระหว่างที่พวกมันบินผ่าน 7. การใช้ใบเรือเป็นเลนส์เฟรสเนลและเลเซอร์ไดโอดเป็นเครื่องส่งสัญญาณ โพรบจะปรับทิศทางตัวเองและส่งข้อมูลที่ได้รับไปในทิศทางของโลก 8. หลังจากห้าปี ข้อมูลนี้จะได้รับบนโลก

ทันทีหลังจากการประกาศอย่างเป็นทางการของโปรแกรม Starshot ผู้เขียนโครงการก็โดนวิพากษ์วิจารณ์มากมายจากนักวิทยาศาสตร์และผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคในสาขาต่างๆ ผู้เชี่ยวชาญด้านวิพากษ์วิจารณ์ระบุการประเมินที่ไม่ถูกต้องจำนวนมากและเป็นเพียง "จุดว่าง" ในแผนโปรแกรม ความคิดเห็นบางส่วนถูกนำมาพิจารณาและแผนการบินได้รับการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยในการวนซ้ำครั้งแรก

ดังนั้นยานสำรวจระหว่างดวงดาวจะเป็นเรือใบอวกาศที่มีโมดูลอิเล็กทรอนิกส์ StarChip มีน้ำหนัก 1 กรัมเชื่อมต่อด้วยสายรัดสำหรับงานหนักกับใบเรือสุริยะที่มีพื้นที่ 16 ม. 2 ความหนา 100 นาโนเมตรและมีมวล 1 กรัม แน่นอนว่าแสงจากดวงอาทิตย์ไม่เพียงพอที่จะเร่งแม้แต่โครงสร้างแสงดังกล่าวให้เป็นความเร็วที่การเดินทางระหว่างดวงดาวจะไม่คงอยู่นานนับพันปี ดังนั้นจุดเด่นหลักของโครงการ StarShot คือการเร่งความเร็วโดยใช้รังสีเลเซอร์อันทรงพลังซึ่งเน้นไปที่ใบเรือ Lubin ประมาณการว่าด้วยกำลังลำแสงเลเซอร์ 50-100 GW ความเร่งจะอยู่ที่ประมาณ 30,000 กรัม และภายในไม่กี่นาที โพรบจะมีความเร็ว 20% ของแสง เที่ยวบินสู่ Alpha Centauri จะมีอายุการใช้งานประมาณ 20 ปี

ภายใต้ใบเรือที่เต็มไปด้วยดวงดาว

รายละเอียดที่สำคัญอย่างหนึ่งของโครงการคือใบเรือสุริยะ ในเวอร์ชันดั้งเดิม พื้นที่แล่นในตอนแรกมีเพียง 1 ม. 2 และด้วยเหตุนี้ จึงไม่สามารถทนต่อความร้อนระหว่างการเร่งความเร็วในสนามรังสีเลเซอร์ได้ เวอร์ชันใหม่ใช้ใบเรือที่มีพื้นที่ 16 ตร.ม. ดังนั้นระบบการระบายความร้อนแม้ว่าจะค่อนข้างรุนแรง แต่ตามการประมาณการเบื้องต้นไม่ควรละลายหรือทำลายใบเรือ ดังที่ Philip Lubin เขียนเอง มีการวางแผนที่จะใช้การเคลือบที่ไม่ใช่โลหะ แต่เป็นกระจกหลายชั้นอิเล็กทริกทั้งหมดเป็นพื้นฐานสำหรับการแล่นเรือ: “ วัสดุดังกล่าวมีลักษณะเป็นค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนปานกลางและการดูดซับต่ำมาก สมมติว่าแว่นตาสำหรับใยแก้วนำแสงได้รับการออกแบบมาเพื่อฟลักซ์แสงสูงและมีการดูดซับประมาณยี่สิบล้านล้านต่อความหนา 1 ไมครอน” ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะได้สัมประสิทธิ์การสะท้อนที่ดีจากอิเล็กทริกที่มีความหนาของใบเรือ 100 นาโนเมตร ซึ่งน้อยกว่าความยาวคลื่นมาก แต่ผู้เขียนโครงการมีความหวังในการใช้แนวทางใหม่ ๆ เช่น monolayers ของ metamaterial ที่มีดัชนีการหักเหของแสงเป็นลบ “คุณยังต้องพิจารณาด้วยว่าการสะท้อนจากกระจกอิเล็กทริกถูกปรับให้อยู่ในช่วงความยาวคลื่นแคบ และเมื่อโพรบเร่งความเร็ว เอฟเฟกต์ดอปเปลอร์จะเปลี่ยนความยาวคลื่นมากกว่า 20%” ลูบินกล่าว “เราคำนึงถึงเรื่องนี้ ดังนั้นตัวสะท้อนแสงจะถูกปรับให้เหลือประมาณยี่สิบเปอร์เซ็นต์ของแบนด์วิธการแผ่รังสี” เราออกแบบตัวสะท้อนแสงดังกล่าว หากจำเป็น ก็มีจำหน่ายตัวสะท้อนแสงที่มีแบนด์วิดธ์ที่ใหญ่กว่าด้วย”

ยูริ มิลเนอร์ นักธุรกิจชาวรัสเซียและผู้ใจบุญ ผู้ก่อตั้งมูลนิธิ Breakthrough Initiatives: ในช่วง 15 ปีที่ผ่านมา อาจกล่าวได้ว่าความก้าวหน้าในการปฏิวัติได้เกิดขึ้นใน 3 ด้านเทคโนโลยี ได้แก่ การย่อขนาดชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ การสร้างวัสดุรุ่นใหม่ และยังลดต้นทุนและเพิ่มกำลังเลเซอร์อีกด้วย การรวมกันของแนวโน้มทั้งสามนี้นำไปสู่ความเป็นไปได้ทางทฤษฎีในการเร่งความเร็วของดาวเทียมนาโนให้มีความเร็วเกือบสัมพันธ์กัน ในระยะแรก (5-10 ปี) เราวางแผนที่จะดำเนินการศึกษาทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเชิงลึกมากขึ้นเพื่อทำความเข้าใจว่าโครงการนี้เป็นไปได้เพียงใด บนเว็บไซต์ของโครงการมีรายการปัญหาทางเทคนิคร้ายแรงประมาณ 20 ปัญหาซึ่งหากไม่แก้ไขเราจะไม่สามารถดำเนินการต่อไปได้ นี่ไม่ใช่รายการสรุป แต่ตามความเห็นของสภาวิทยาศาสตร์ เราเชื่อว่าขั้นตอนแรกของโครงการมีแรงจูงใจเพียงพอ ฉันรู้ว่าโครงการ Star Sail นั้นได้รับการวิพากษ์วิจารณ์อย่างรุนแรงจากผู้เชี่ยวชาญ แต่ฉันคิดว่าตำแหน่งของผู้เชี่ยวชาญที่สำคัญบางคนนั้นเกี่ยวข้องกับความเข้าใจที่ไม่ถูกต้องทั้งหมดเกี่ยวกับสิ่งที่เรากำลังเสนอ เราไม่ได้ให้ทุนสนับสนุนการบินไปยังดาวดวงอื่น แต่เป็นการพัฒนาอเนกประสงค์ที่สมจริงซึ่งเกี่ยวข้องกับแนวคิดของการสอบสวนระหว่างดวงดาวในทิศทางทั่วไปเท่านั้น เทคโนโลยีเหล่านี้จะใช้สำหรับการบินในระบบสุริยะและเพื่อป้องกันดาวเคราะห์น้อยที่เป็นอันตราย แต่การตั้งเป้าหมายเชิงกลยุทธ์อันทะเยอทะยานเช่นการบินระหว่างดวงดาวดูเหมือนจะสมเหตุสมผลในแง่ที่ว่าการพัฒนาเทคโนโลยีในช่วง 10-20 ปีที่ผ่านมาอาจทำให้การดำเนินโครงการดังกล่าวไม่ใช่เรื่องของศตวรรษตามที่หลายคนคิด แต่มากกว่าหลายทศวรรษ

เครื่องเลเซอร์

โรงไฟฟ้าหลักของยานอวกาศจะไม่บินไปยังดวงดาว แต่จะตั้งอยู่บนโลก นี่คืออาร์เรย์ตัวปล่อยเลเซอร์แบบแบ่งเฟสตามภาคพื้นดินซึ่งมีขนาด 1x1 กม. กำลังเลเซอร์ทั้งหมดควรอยู่ระหว่าง 50 ถึง 100 GW (ซึ่งเทียบเท่ากับกำลังของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ Krasnoyarsk 10−20 แห่ง) ควรใช้เฟส (ซึ่งก็คือการเปลี่ยนเฟสของตัวปล่อยแต่ละตัว) เพื่อเน้นการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่น 1.06 ไมโครเมตร จากตะแกรงทั้งหมดไปยังจุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายเมตรในระยะทางหลายล้านกิโลเมตร ( ความแม่นยำในการโฟกัสสูงสุดคือ 10−9 เรเดียน) แต่การโฟกัสเช่นนี้ถูกขัดขวางอย่างมากจากบรรยากาศปั่นป่วน ซึ่งทำให้ลำแสงเบลอไปยังจุดที่มีขนาดประมาณหนึ่งอาร์ควินาที (10−5 เรเดียน) คาดว่าจะได้รับการปรับปรุงขนาดสี่ลำดับโดยใช้เลนส์ปรับแสง (AO) ซึ่งจะชดเชยการบิดเบือนของบรรยากาศ ระบบปรับเลนส์ที่ดีที่สุดในกล้องโทรทรรศน์สมัยใหม่ช่วยลดความพร่ามัวลงเหลือ 30 มิลลิวินาที ซึ่งหมายความว่ายังมีขนาดเหลืออยู่ประมาณ 2.5 เท่าของขนาดที่จะถึงเป้าหมายที่ต้องการ

Philip Lubin ในบทความของเขาให้การประมาณตัวเลขของประเด็นต่างๆ ของแผน แต่นักวิทยาศาสตร์และผู้เชี่ยวชาญจำนวนมากมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อข้อมูลเหล่านี้ แน่นอนว่าการพัฒนาโปรเจ็กต์ที่ทะเยอทะยานอย่าง Breakthrough Starshot ต้องใช้เวลาหลายปีในการทำงาน และเงิน 100 ล้านดอลลาร์ก็ไม่ใช่เงินจำนวนมากสำหรับงานขนาดนี้ สิ่งนี้ใช้กับโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดินโดยเฉพาะ - อาร์เรย์ของตัวปล่อยเลเซอร์แบบแบ่งเฟส การติดตั้งกำลังการผลิตดังกล่าว (50-100 GW) จะต้องใช้พลังงานจำนวนมหาศาล กล่าวคือ จะต้องสร้างโรงไฟฟ้าขนาดใหญ่อย่างน้อยหนึ่งโหลในบริเวณใกล้เคียง นอกจากนี้จำเป็นต้องขจัดความร้อนจำนวนมหาศาลออกจากตัวส่งภายในเวลาหลายนาที และวิธีการทำเช่นนี้ยังไม่ชัดเจนโดยสิ้นเชิง มีคำถามที่ยังไม่ได้ตอบจำนวนมากในโครงการ Breakthrough Starshot แต่จนถึงขณะนี้งานเพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น “สภาวิทยาศาสตร์ของโครงการของเราประกอบด้วยผู้เชี่ยวชาญ นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกรชั้นนำในสาขาที่เกี่ยวข้องต่างๆ รวมถึงผู้ได้รับรางวัลโนเบลสองคน” ยูริ มิลเนอร์กล่าว “และฉันเคยได้ยินการประเมินความเป็นไปได้ของโครงการนี้อย่างสมดุลมาก ในการทำเช่นนั้น เราพึ่งพาความเชี่ยวชาญร่วมกันของสมาชิกทุกคนในสภาวิทยาศาสตร์ของเราอย่างแน่นอน แต่ในขณะเดียวกัน เราก็เปิดกว้างสำหรับการอภิปรายทางวิทยาศาสตร์ในวงกว้างมากขึ้น”

“เพื่อเอาชนะความวุ่นวายในชั้นบรรยากาศขนาดเล็ก อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสจะต้องถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบที่มีขนาดเล็กมาก ขนาดขององค์ประกอบที่เปล่งแสงสำหรับความยาวคลื่นของเราไม่ควรเกิน 20-25 ซม.” ฟิลิป ลูบิน อธิบาย — นี่คือตัวปล่อยอย่างน้อย 20 ล้านตัว แต่จำนวนดังกล่าวไม่ทำให้ฉันกลัว สำหรับข้อเสนอแนะในระบบ AO เราวางแผนที่จะใช้แหล่งอ้างอิงจำนวนมาก - บีคอน - ทั้งบนโพรบ บนยานแม่ และในชั้นบรรยากาศ นอกจากนี้เราจะติดตามยานสำรวจระหว่างทางไปยังเป้าหมาย นอกจากนี้เรายังต้องการใช้ดวงดาวเป็นทุ่นเพื่อปรับเฟสของอาเรย์เมื่อรับสัญญาณจากโพรบเมื่อมาถึง แต่จะติดตามโพรบได้อย่างแน่นอน”

การมาถึง

แต่แล้วยานสำรวจก็มาถึงระบบอัลฟ่าเซ็นทอรี โดยถ่ายภาพสภาพแวดล้อมของระบบและดาวเคราะห์ (ถ้ามี) ข้อมูลนี้จะต้องถูกส่งไปยังโลกด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง และกำลังของเครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์ของโพรบนั้นถูกจำกัดไว้เพียงไม่กี่วัตต์ และหลังจากห้าปีผ่านไป จะต้องรับสัญญาณอ่อนๆ นี้บนโลก เพื่อแยกดวงดาวออกจากรังสีพื้นหลัง ตามที่ผู้เขียนโครงการระบุ โพรบซ้อมรบไปที่เป้าหมายในลักษณะที่ใบเรือกลายเป็นเลนส์เฟรสเนล โดยเน้นสัญญาณโพรบไปในทิศทางของโลก ประมาณว่าเลนส์ในอุดมคติที่มีการโฟกัสในอุดมคติและการวางแนวในอุดมคติจะขยายสัญญาณ 1 W ให้เทียบเท่ากับไอโซโทรปิก 10 13 W แต่เราจะพิจารณาสัญญาณนี้กับพื้นหลังของการแผ่รังสีที่ทรงพลังกว่ามาก (ขนาด 13−14 ลำดับ!) จากดาวฤกษ์ได้อย่างไร “แสงจากดาวฤกษ์ค่อนข้างอ่อนจริงๆ เนื่องจากความกว้างของเส้นเลเซอร์ของเรามีขนาดเล็กมาก เส้นแคบเป็นกุญแจสำคัญในการลดพื้นหลัง Lubin กล่าว “แนวคิดในการสร้างเลนส์ Fresnel จากใบเรือโดยใช้องค์ประกอบการเลี้ยวเบนแบบฟิล์มบางนั้นค่อนข้างซับซ้อนและต้องใช้การทำงานเบื้องต้นจำนวนมากเพื่อทำความเข้าใจอย่างชัดเจนว่าจะทำอย่างไรให้ดีที่สุด จุดนี้เป็นหนึ่งในประเด็นหลักในแผนโครงการของเรา”

ในทางกลับกัน อาร์เรย์ของตัวปล่อยแสง/ตัวรับรังสีที่มีระยะรูรับแสงรวมหนึ่งกิโลเมตรเป็นเครื่องมือที่สามารถมองเห็นดาวเคราะห์นอกระบบจากระยะห่างหลายสิบพาร์เซก การใช้เครื่องรับความยาวคลื่นที่ปรับได้ ทำให้สามารถกำหนดองค์ประกอบของบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบได้ ในกรณีนี้จำเป็นต้องใช้โพรบเลยหรือไม่? “แน่นอนว่า การใช้อาเรย์แบบแบ่งเฟสเป็นกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากเปิดความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในดาราศาสตร์ “แต่” Lubin กล่าวเสริม “เราวางแผนที่จะเพิ่มสเปกโตรมิเตอร์อินฟราเรดให้กับโพรบเป็นโปรแกรมระยะยาว นอกเหนือจากกล้องและเซ็นเซอร์อื่นๆ” เรามีกลุ่มโฟโตนิกส์ที่ยอดเยี่ยมที่ UC Santa Barbara ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของความร่วมมือ”

แต่ไม่ว่าในกรณีใด ตามที่ Lubin กล่าว เที่ยวบินแรกจะเกิดขึ้นภายในระบบสุริยะ: “เนื่องจากเราสามารถส่งยานสำรวจจำนวนมากได้ จึงให้ความเป็นไปได้ที่แตกต่างกันมากมายแก่เรา นอกจากนี้เรายังสามารถส่งยานสำรวจขนาดเล็ก (ขนาดเวเฟอร์บนชิป) ที่คล้ายกันไปบนจรวดธรรมดาและใช้เทคโนโลยีเดียวกันนี้เพื่อศึกษาโลกหรือดาวเคราะห์และดาวเทียมของพวกมันในระบบสุริยะ"

บรรณาธิการขอขอบคุณหนังสือพิมพ์ “Trinity Variant - Science” และหัวหน้าบรรณาธิการ บอริส สเติร์น สำหรับความช่วยเหลือในการเตรียมบทความ

เมื่อใช้เทคโนโลยีที่มีอยู่ การส่งนักวิทยาศาสตร์และนักบินอวกาศไปปฏิบัติภารกิจระหว่างดวงดาวจะใช้เวลานานมาก การเดินทางจะยาวนานอย่างเจ็บปวด (แม้ตามมาตรฐานของจักรวาล) หากเราต้องการบรรลุการเดินทางดังกล่าวให้สำเร็จในอย่างน้อยหนึ่งช่วงชีวิต หรือแม้แต่ชั่วรุ่นหนึ่ง เราจำเป็นต้องมีมาตรการที่รุนแรงกว่านี้ (อ่าน: เป็นเพียงทางทฤษฎีเท่านั้น) และในขณะที่เครื่องยนต์รูหนอนและเครื่องยนต์ย่อยสเปซนั้นยอดเยี่ยมมากในขณะนี้ แต่ก็มีแนวคิดอื่นๆ ที่เราเชื่อว่าจะเกิดขึ้นจริงมาหลายปีแล้ว

การขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์

การขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์เป็น "เครื่องยนต์" ที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎีสำหรับการเดินทางในอวกาศอย่างรวดเร็ว แนวคิดนี้เดิมเสนอโดย Stanislaw Ulam ในปี 1946 ซึ่งเป็นนักคณิตศาสตร์ชาวโปแลนด์-อเมริกันที่เข้าร่วมในโครงการแมนฮัตตัน และการคำนวณเบื้องต้นจัดทำโดย F. Reines และ Ulam ในปี 1947 โครงการ Orion เปิดตัวในปี พ.ศ. 2501 และดำเนินไปจนถึงปี พ.ศ. 2506

นำโดยเท็ด เทย์เลอร์ จาก General Atomics และนักฟิสิกส์ ฟรีแมน ไดสัน จากสถาบันการศึกษาขั้นสูงที่พรินซ์ตัน กลุ่มดาวนายพรานจะควบคุมพลังของการระเบิดของนิวเคลียร์เป็นจังหวะเพื่อสร้างแรงผลักดันมหาศาลด้วยแรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงมาก

โดยสรุป โครงการ Orion เกี่ยวข้องกับยานอวกาศขนาดใหญ่ที่ได้รับความเร็วโดยการสนับสนุนหัวรบแสนสาหัส ปล่อยระเบิดจากด้านหลัง และเร่งความเร็วจากคลื่นระเบิดที่เข้าสู่แผงขับเคลื่อน "ดัน" ที่ติดตั้งด้านหลัง หลังจากการกดแต่ละครั้ง พลังของการระเบิดจะถูกดูดซับโดยแผงนี้และแปลงเป็นการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า

แม้ว่าการออกแบบนี้แทบจะไม่สวยงามตามมาตรฐานสมัยใหม่ แต่ข้อดีของแนวคิดนี้คือให้แรงขับจำเพาะสูง กล่าวคือ สามารถดึงพลังงานจำนวนสูงสุดจากแหล่งเชื้อเพลิง (ในกรณีนี้คือระเบิดนิวเคลียร์) ด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด นอกจากนี้ แนวคิดนี้สามารถบรรลุความเร็วที่สูงมากในทางทฤษฎีได้ โดยบางส่วนประมาณได้ถึง 5% ของความเร็วแสง (5.4 x 107 กม./ชม.)

แน่นอนว่าโครงการนี้มีข้อเสียอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ประการหนึ่ง เรือขนาดนี้จะมีราคาแพงมากในการสร้าง ไดสันประมาณไว้ในปี พ.ศ. 2511 ว่ายานอวกาศ Orion ซึ่งขับเคลื่อนด้วยระเบิดไฮโดรเจน จะมีน้ำหนักระหว่าง 400,000 ถึง 4,000,000 เมตริกตัน และอย่างน้อยสามในสี่ของน้ำหนักนั้นจะมาจากระเบิดนิวเคลียร์ ซึ่งแต่ละอันมีน้ำหนักประมาณหนึ่งตัน

การคำนวณแบบอนุรักษ์นิยมของ Dyson แสดงให้เห็นว่าต้นทุนรวมในการสร้าง Orion จะอยู่ที่ 367 พันล้านดอลลาร์ เมื่อปรับตามอัตราเงินเฟ้อแล้ว จำนวนเงินนี้จะออกมาเป็น 2.5 ล้านล้านดอลลาร์ ซึ่งถือว่าค่อนข้างมาก แม้จะมีการประมาณการที่อนุรักษ์นิยมที่สุด แต่อุปกรณ์ก็ยังมีราคาแพงมากในการผลิต

นอกจากนี้ยังมีปัญหาเล็กน้อยเกี่ยวกับการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมา ไม่ต้องพูดถึงกากนิวเคลียร์ เชื่อกันว่านี่คือสาเหตุที่ทำให้โครงการนี้ถูกยกเลิกโดยเป็นส่วนหนึ่งของสนธิสัญญาห้ามทดสอบบางส่วนในปี 1963 เมื่อรัฐบาลโลกพยายามจำกัดการทดสอบนิวเคลียร์และหยุดการปล่อยกัมมันตรังสีที่มากเกินไปออกสู่ชั้นบรรยากาศของโลก

จรวดฟิวชั่น

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งในการใช้พลังงานนิวเคลียร์คือผ่านปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์เพื่อสร้างแรงผลักดัน ในแนวคิดนี้ พลังงานจะถูกสร้างขึ้นโดยการจุดชนวนเม็ดที่มีส่วนผสมของดิวทีเรียมและฮีเลียม-3 ในห้องปฏิกิริยาโดยการกักขังเฉื่อยโดยใช้ลำอิเล็กตรอน (คล้ายกับที่ทำที่โรงงานจุดระเบิดแห่งชาติในแคลิฟอร์เนีย) เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันดังกล่าวจะระเบิด 250 เม็ดต่อวินาที ทำให้เกิดพลาสมาพลังงานสูงซึ่งจากนั้นจะเปลี่ยนเส้นทางไปยังหัวฉีด ทำให้เกิดแรงผลักดัน

เช่นเดียวกับจรวดที่ต้องอาศัยเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ แนวคิดนี้มีข้อได้เปรียบในแง่ของประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและแรงกระตุ้นจำเพาะ ความเร็วคาดว่าจะสูงถึง 10,600 กม./ชม. ซึ่งเกินขีดจำกัดความเร็วของจรวดทั่วไปมาก นอกจากนี้ เทคโนโลยีนี้ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา และมีข้อเสนอมากมาย

ตัวอย่างเช่น ระหว่างปี 1973 ถึง 1978 British Interplanetary Society ได้ทำการศึกษาความเป็นไปได้ของโครงการ Daedalus นักวิทยาศาสตร์ได้อาศัยความรู้สมัยใหม่และเทคโนโลยีฟิวชั่นเรียกร้องให้มีการสร้างยานสำรวจทางวิทยาศาสตร์ไร้คนขับสองขั้นตอนที่สามารถไปถึงดาวบาร์นาร์ด (5.9 ปีแสงจากโลก) ได้ภายในช่วงชีวิตของมนุษย์

ระยะแรก ซึ่งเป็นระยะที่ใหญ่ที่สุดในทั้งสองจะใช้เวลา 2.05 ปี และเร่งความเร็วยานเป็น 7.1% ด้วยความเร็วแสง จากนั้นระยะนี้จะถูกทิ้งไป ระยะที่สองจะถูกจุดติด และอุปกรณ์จะเร่งความเร็วเป็น 12% ของความเร็วแสงใน 1.8 ปี จากนั้นเครื่องยนต์ขั้นที่สองก็ดับลงและเรือก็บินได้เป็นเวลา 46 ปี

โปรเจ็กต์เดดาลัสประเมินว่าภารกิจนี้อาจใช้เวลา 50 ปีจึงจะไปถึงดาวของบาร์นาร์ด หากเป็น Proxima Centauri เรือลำเดียวกันจะไปถึงที่นั่นใน 36 ปี แต่แน่นอนว่าโครงการนี้มีปัญหาที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขมากมาย โดยเฉพาะปัญหาที่ไม่สามารถแก้ไขได้โดยใช้เทคโนโลยีสมัยใหม่ และส่วนใหญ่ยังไม่ได้รับการแก้ไข

ตัวอย่างเช่น ในทางปฏิบัติแล้ว บนโลกไม่มีฮีเลียม-3 ซึ่งหมายความว่าจะต้องขุดมันไปที่อื่น (มีแนวโน้มมากที่สุดบนดวงจันทร์) ประการที่สอง ปฏิกิริยาที่ขับเคลื่อนอุปกรณ์ต้องการให้พลังงานที่ปล่อยออกมามีมากกว่าพลังงานที่ใช้ในการเริ่มปฏิกิริยาอย่างมาก แม้ว่าการทดลองบนโลกจะเกิน "จุดคุ้มทุนแล้ว" แต่เราก็ยังห่างไกลจากปริมาณพลังงานที่สามารถจ่ายพลังงานให้กับยานอวกาศระหว่างดวงดาวได้

ประการที่สาม คำถามเกี่ยวกับต้นทุนของเรือดังกล่าวยังคงอยู่ แม้ว่าจะเป็นมาตรฐานที่เรียบง่ายของยานพาหนะไร้คนขับของ Project Daedalus ยานพาหนะที่มีอุปกรณ์ครบครันก็ยังมีน้ำหนักถึง 60,000 ตัน เพื่อให้เห็นภาพ น้ำหนักรวมของ NASA SLS อยู่ที่มากกว่า 30 เมตริกตัน และการปล่อยจรวดเพียงอย่างเดียวจะมีค่าใช้จ่าย 5 พันล้านดอลลาร์ (ประมาณการปี 2013)

กล่าวโดยสรุป ไม่เพียงแต่จรวดฟิวชันจะมีราคาแพงเกินไปในการสร้าง แต่ยังต้องใช้เครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันในระดับที่เกินกว่าความสามารถของเราอีกด้วย Icarus Interstellar องค์กรระหว่างประเทศของนักวิทยาศาสตร์พลเมือง (บางคนทำงานให้กับ NASA หรือ ESA) กำลังพยายามรื้อฟื้นแนวคิดนี้ด้วย Project Icarus กลุ่มนี้ก่อตั้งขึ้นในปี 2552 โดยหวังว่าจะทำให้การเคลื่อนไหวแบบฟิวชั่น (และอื่นๆ) เป็นไปได้ในอนาคตอันใกล้

ฟิวชั่นแรมเจ็ต

เครื่องยนต์นี้เป็นที่รู้จักในชื่อ Bussard ramjet โดยนักฟิสิกส์ Robert Bussard เสนอเป็นครั้งแรกในปี 1960 โดยแกนกลางของมันคือการปรับปรุงจรวดฟิวชันมาตรฐาน ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กเพื่ออัดเชื้อเพลิงไฮโดรเจนไปยังจุดฟิวชัน แต่ในกรณีของแรมเจ็ต กรวยแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่จะดูดไฮโดรเจนจากตัวกลางระหว่างดาวและเทลงในเครื่องปฏิกรณ์เป็นเชื้อเพลิง

เมื่อยานพาหนะเพิ่มความเร็ว มวลปฏิกิริยาจะเข้าสู่สนามแม่เหล็กที่จำกัด ซึ่งจะบีบอัดจนกระทั่งปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ฟิวชั่นเริ่มต้นขึ้น จากนั้นสนามแม่เหล็กจะส่งพลังงานไปที่หัวฉีดจรวดเพื่อเร่งยาน เนื่องจากไม่มีถังเชื้อเพลิงใดที่จะชะลอความเร็วได้ Fusion ramjet จึงสามารถเข้าถึงความเร็วได้ประมาณ 4% ของความเร็วแสงและเดินทางไปได้ทุกที่ในกาแล็กซี

อย่างไรก็ตาม ภารกิจนี้มีข้อเสียที่อาจเกิดขึ้นได้หลายประการ เช่น ปัญหาเรื่องแรงเสียดทาน ยานอวกาศอาศัยอัตราการสะสมเชื้อเพลิงที่สูง แต่จะพบกับไฮโดรเจนระหว่างดวงดาวจำนวนมากและสูญเสียความเร็ว โดยเฉพาะในบริเวณที่หนาแน่นของกาแลคซี ประการที่สอง มีดิวเทอเรียมและทริเทียมเพียงเล็กน้อย (ซึ่งใช้ในเครื่องปฏิกรณ์บนโลก) ในอวกาศ และการสังเคราะห์ไฮโดรเจนธรรมดาซึ่งมีอยู่มากมายในอวกาศ ยังไม่อยู่ในการควบคุมของเรา

อย่างไรก็ตาม นิยายวิทยาศาสตร์ตกหลุมรักแนวคิดนี้ ตัวอย่างที่มีชื่อเสียงที่สุดอาจเป็นแฟรนไชส์ของ Star Trek ซึ่งใช้นักสะสม Bussard ในความเป็นจริง ความเข้าใจของเราเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันยังไม่ดีเท่าที่เราต้องการ

เรือใบเลเซอร์

ใบเรือสุริยะถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการพิชิตระบบสุริยะมานานแล้ว นอกจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันค่อนข้างง่ายและราคาถูกในการผลิตแล้ว ยังมีข้อได้เปรียบที่สำคัญคือไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง แทนที่จะใช้จรวดที่ต้องการเชื้อเพลิง ใบเรือใช้แรงดันการแผ่รังสีจากดวงดาวเพื่อขับเคลื่อนกระจกบางเฉียบด้วยความเร็วสูง

อย่างไรก็ตาม ในกรณีของการเดินทางระหว่างดวงดาว ใบเรือดังกล่าวจะต้องถูกขับเคลื่อนด้วยลำแสงพลังงานโฟกัส (เลเซอร์หรือไมโครเวฟ) เพื่อเร่งความเร็วให้ใกล้ความเร็วแสง แนวคิดนี้เสนอครั้งแรกโดย Robert Forward ในปี 1984 ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการ Hughes Aircraft

แนวคิดของเขายังคงรักษาข้อดีของใบเรือสุริยะไว้ โดยไม่จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงบนเรือ และพลังงานเลเซอร์จะไม่กระจายไปในระยะไกลในลักษณะเดียวกับรังสีดวงอาทิตย์ ดังนั้น แม้ว่าการแล่นด้วยเลเซอร์จะใช้เวลาพอสมควรในการเร่งความเร็วให้ใกล้แสง แต่ต่อมาจะถูกจำกัดด้วยความเร็วแสงเท่านั้น

จากการศึกษาในปี 2000 โดย Robert Frisby ผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยแนวคิดการขับเคลื่อนขั้นสูงที่ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion ของ NASA การแล่นด้วยเลเซอร์จะเร่งความเร็วแสงได้ครึ่งหนึ่งในเวลาไม่ถึงทศวรรษ นอกจากนี้เขายังคำนวณด้วยว่าใบเรือที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 320 กิโลเมตรสามารถไปถึง Proxima Centauri ได้ใน 12 ปี ในขณะเดียวกัน ใบเรือซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 965 กิโลเมตรจะมาถึงในเวลาเพียง 9 ปี

อย่างไรก็ตาม ใบเรือดังกล่าวจะต้องสร้างจากวัสดุคอมโพสิตขั้นสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการละลาย ซึ่งจะยากเป็นพิเศษเมื่อพิจารณาจากขนาดของใบเรือ ต้นทุนยังแย่ลงอีกด้วย จากข้อมูลของ Frisby เลเซอร์จะต้องการพลังงานที่สม่ำเสมอถึง 17,000 เทราวัตต์ ซึ่งเป็นปริมาณที่คนทั้งโลกใช้โดยประมาณในหนึ่งวัน

เครื่องยนต์ปฏิสสาร

แฟนนิยายวิทยาศาสตร์ตระหนักดีว่าปฏิสสารคืออะไร แต่ในกรณีที่คุณลืมไป ปฏิสสารคือสสารที่ประกอบด้วยอนุภาคที่มีมวลเท่ากับอนุภาคปกติ แต่มีประจุตรงกันข้าม เครื่องยนต์ปฏิสสารเป็นเครื่องยนต์สมมุติฐานที่ต้องอาศัยปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารและปฏิสสารเพื่อสร้างพลังงานหรือแรงผลักดัน

กล่าวโดยสรุป เครื่องยนต์ปฏิสสารใช้อนุภาคไฮโดรเจนและแอนติไฮโดรเจนชนกัน พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการทำลายล้างนั้นเทียบได้กับปริมาตรกับพลังงานของการระเบิดของระเบิดแสนสาหัสพร้อมกับการไหลของอนุภาคย่อยของอะตอม - พิออนและมิวออน อนุภาคเหล่านี้ซึ่งเดินทางด้วยความเร็วหนึ่งในสามของแสง จะถูกเปลี่ยนเส้นทางไปยังหัวฉีดแม่เหล็กและสร้างแรงผลักดัน

ข้อดีของจรวดประเภทนี้คือมวลส่วนใหญ่ของส่วนผสมสสาร/ปฏิสสารสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานได้ ส่งผลให้มีความหนาแน่นของพลังงานสูงและแรงกระตุ้นจำเพาะที่เหนือกว่าจรวดอื่นๆ นอกจากนี้ ปฏิกิริยาการทำลายล้างยังสามารถเร่งจรวดให้มีความเร็วเป็นครึ่งหนึ่งของความเร็วแสงได้

จรวดประเภทนี้จะเร็วและประหยัดพลังงานมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (หรือเป็นไปไม่ได้ แต่เสนอให้) ในขณะที่จรวดเคมีทั่วไปต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมากในการขับเคลื่อนยานอวกาศไปยังจุดหมายปลายทาง เครื่องยนต์ปฏิสสารจะทำงานเดียวกันโดยใช้เชื้อเพลิงเพียงไม่กี่มิลลิกรัม การทำลายไฮโดรเจนและอนุภาคแอนติไฮโดรเจนร่วมกันครึ่งกิโลกรัมจะปล่อยพลังงานออกมามากกว่าระเบิดไฮโดรเจนขนาด 10 เมกะตัน

ด้วยเหตุนี้เองที่ Advanced Concepts Institute ของ NASA จึงกำลังค้นคว้าเทคโนโลยีนี้ว่ามีความเป็นไปได้สำหรับภารกิจไปยังดาวอังคารในอนาคต น่าเสียดาย เมื่อพิจารณาภารกิจไปยังระบบดาวใกล้เคียง ปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณและมีค่าใช้จ่ายมหาศาล (ไม่ได้ตั้งใจเล่นสำนวน)

ตามรายงานที่จัดทำขึ้นสำหรับการประชุมและการจัดแสดงนิทรรศการขับเคลื่อนร่วมของ AIAA/ASME/SAE/ASEE ครั้งที่ 39 จรวดปฏิสสารสองขั้นตอนจะต้องใช้จรวดขับเคลื่อนมากกว่า 815,000 เมตริกตันเพื่อไปถึง Proxima Centauri ภายใน 40 ปี มันค่อนข้างเร็ว แต่ราคา...

แม้ว่าปฏิสสารหนึ่งกรัมจะผลิตพลังงานในปริมาณที่เหลือเชื่อ แต่การผลิตเพียงหนึ่งกรัมจะต้องใช้พลังงานถึง 25 ล้านล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมงและมีค่าใช้จ่ายหลายล้านล้านดอลลาร์ ปัจจุบันปริมาณปฏิสสารที่มนุษย์สร้างขึ้นทั้งหมดมีน้อยกว่า 20 นาโนกรัม

และแม้ว่าเราจะสามารถผลิตปฏิสสารได้ในราคาถูก เราก็จำเป็นต้องมีเรือขนาดใหญ่ที่สามารถกักเก็บเชื้อเพลิงตามปริมาณที่ต้องการได้ ตามรายงานของดร. ดาร์เรล สมิธ และโจนาธาน เวบบี้ จากมหาวิทยาลัยการบินเอ็มบรี-ริดเดิ้ล ในรัฐแอริโซนา ยานอวกาศระหว่างดวงดาวที่ขับเคลื่อนด้วยปฏิสสารสามารถมีความเร็ว 0.5 เท่าของความเร็วแสง และไปถึงพร็อกซิมา เซนทอรีได้ในเวลาเพียง 8 ปี อย่างไรก็ตาม ตัวเรือเองจะมีน้ำหนัก 400 ตัน และต้องใช้เชื้อเพลิงปฏิสสาร 170 ตัน

วิธีที่เป็นไปได้ในการแก้ไขปัญหานี้คือการสร้างเรือที่จะสร้างปฏิสสารแล้วใช้เป็นเชื้อเพลิง แนวคิดนี้เรียกว่า Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES) เสนอโดย Richard Aubauzi จาก Icarus Interstellar ตามแนวคิดของการรีไซเคิลในแหล่งกำเนิด ยานพาหนะ VARIES จะใช้เลเซอร์ขนาดใหญ่ (ขับเคลื่อนโดยแผงโซลาร์เซลล์ขนาดใหญ่) เพื่อสร้างอนุภาคปฏิสสารเมื่อยิงเข้าไปในพื้นที่ว่าง

เช่นเดียวกับแนวคิดฟิวชันแรมเจ็ต ข้อเสนอนี้ช่วยแก้ปัญหาการขนส่งเชื้อเพลิงโดยการสกัดเชื้อเพลิงโดยตรงจากอวกาศ แต่ขอย้ำอีกครั้งว่าราคาของเรือลำนี้จะสูงมากหากเราสร้างมันโดยใช้วิธีการที่ทันสมัยของเรา เราไม่สามารถสร้างปฏิสสารในวงกว้างได้ นอกจากนี้ยังมีปัญหารังสีที่ต้องแก้ไข เนื่องจากการทำลายล้างสสารและปฏิสสารทำให้เกิดการระเบิดของรังสีแกมมาพลังงานสูง

พวกมันไม่เพียงแต่ก่อให้เกิดอันตรายต่อลูกเรือเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องยนต์ด้วย เพื่อไม่ให้พวกมันแตกออกเป็นอนุภาคย่อยอะตอมภายใต้อิทธิพลของการแผ่รังสีทั้งหมดนั้น กล่าวโดยสรุป เครื่องยนต์ปฏิสสารไม่สามารถใช้งานได้จริงเมื่อพิจารณาจากเทคโนโลยีปัจจุบันของเรา

Alcubierre Warp ไดรฟ์

ไม่ต้องสงสัยเลยว่าแฟน ๆ นิยายวิทยาศาสตร์จะคุ้นเคยกับแนวคิดของการขับเคลื่อนวาร์ป (หรือไดรฟ์ Alcubierre) เสนอโดยนักฟิสิกส์ชาวเม็กซิกัน Miguel Alcubierre ในปี 1994 แนวคิดนี้เป็นความพยายามที่จะจินตนาการถึงการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นทันทีทันใดในอวกาศโดยไม่ละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของไอน์สไตน์ กล่าวโดยสรุป แนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับการยืดโครงสร้างกาลอวกาศให้เป็นคลื่น ซึ่งในทางทฤษฎีจะทำให้พื้นที่ด้านหน้าวัตถุหดตัว และพื้นที่ด้านหลังวัตถุขยายออก

วัตถุภายในคลื่นนี้ (เรือของเรา) จะสามารถขี่คลื่นนี้ได้ โดยอยู่ใน "ฟองวาร์ป" ด้วยความเร็วที่สูงกว่าความสัมพันธ์อย่างมาก เนื่องจากเรือไม่ได้เคลื่อนที่ในฟองสบู่ แต่ถูกอุ้มไปด้วย กฎแห่งสัมพัทธภาพและกาลอวกาศจะไม่ถูกละเมิด โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการนี้ไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสงในแง่ท้องถิ่น

มัน "เร็วกว่าแสง" เฉพาะในแง่ที่ว่าเรือสามารถไปถึงจุดหมายปลายทางได้เร็วกว่าลำแสงที่เคลื่อนที่ออกไปนอกฟองวาร์ป สมมติว่ายานอวกาศติดตั้งระบบ Alcubierre มันจะไปถึง Proxima Centauri ในเวลาไม่ถึง 4 ปี ดังนั้น เมื่อพูดถึงการเดินทางในอวกาศระหว่างดวงดาวตามทฤษฎี นี่เป็นเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มมากที่สุดในแง่ของความเร็ว

แน่นอนว่าแนวคิดทั้งหมดนี้ขัดแย้งกันอย่างมาก ข้อโต้แย้งประการหนึ่งคือ มันไม่ได้คำนึงถึงกลศาสตร์ควอนตัม และสามารถหักล้างได้ด้วยทฤษฎีของทุกสิ่ง (เช่น แรงโน้มถ่วงควอนตัมแบบวนซ้ำ) การคำนวณปริมาณพลังงานที่ต้องการยังแสดงให้เห็นว่าการขับเคลื่อนวาร์ปนั้นมีความโลภมาก ความไม่แน่นอนอื่นๆ ได้แก่ ความปลอดภัยของระบบดังกล่าว ผลกระทบของกาลอวกาศที่ปลายทาง และการละเมิดสาเหตุ

อย่างไรก็ตาม ในปี 2012 Harold White นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ประกาศว่าเขาและเพื่อนร่วมงานเริ่มสำรวจความเป็นไปได้ในการสร้างเครื่องยนต์ Alcubierre ไวท์ระบุว่าพวกเขาได้สร้างอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ที่จะจับความบิดเบี้ยวเชิงพื้นที่ที่เกิดจากการขยายตัวและการหดตัวของกาลอวกาศในเมตริกอัลกูบิแยร์

ในปี 2013 ห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่นเผยแพร่ผลการทดสอบภาคสนามบิดเบี้ยวที่ดำเนินการในสภาวะสุญญากาศ น่าเสียดายที่ผลลัพธ์ถือว่า "ไม่สามารถสรุปได้" ในระยะยาว เราอาจพบว่าการวัดของ Alcubierre ฝ่าฝืนกฎพื้นฐานแห่งธรรมชาติตั้งแต่หนึ่งข้อขึ้นไป และแม้ว่าฟิสิกส์จะพิสูจน์ได้ว่าถูกต้อง แต่ก็ไม่มีการรับประกันว่าระบบ Alcubierre จะสามารถใช้ในการบินได้

โดยทั่วไปแล้ว ทุกอย่างจะเป็นปกติ: คุณเกิดเร็วเกินไปที่จะเดินทางไปยังดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุด อย่างไรก็ตาม หากมนุษยชาติรู้สึกว่าจำเป็นต้องสร้าง "เรือนาวาระหว่างดวงดาว" ที่จะอำนวยความสะดวกให้กับสังคมมนุษย์ที่พึ่งพาตนเองได้ ก็เป็นไปได้ที่จะไปถึงพร็อกซิมาเซนทอรีในเวลาประมาณร้อยปี แน่นอนว่าหากเราต้องการลงทุนในงานดังกล่าว

ในแง่ของเวลา วิธีการที่มีอยู่ทั้งหมดดูเหมือนจะมีจำกัดอย่างมาก และในขณะที่การเดินทางไปยังดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดเป็นเวลาหลายแสนปีอาจไม่น่าสนใจสำหรับเราเมื่อการอยู่รอดของเราตกอยู่ในความเสี่ยง ในขณะที่เทคโนโลยีอวกาศก้าวหน้าไป วิธีการต่างๆ ก็ยังคงทำไม่ได้อย่างยิ่ง เมื่อเรือของเราไปถึงดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุด เทคโนโลยีของมันจะล้าสมัย และมนุษยชาติเองก็อาจไม่ดำรงอยู่อีกต่อไป

ดังนั้น เว้นแต่เราจะสร้างความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในด้านเทคโนโลยีฟิวชัน ปฏิสสาร หรือเลเซอร์ เราก็จะพอใจกับการสำรวจระบบสุริยะของเราเอง

เทคโนโลยีและการค้นพบสมัยใหม่กำลังยกระดับการสำรวจอวกาศไปสู่อีกระดับหนึ่ง แต่การเดินทางระหว่างดวงดาวยังคงเป็นความฝัน แต่มันไม่สมจริงและไม่สามารถบรรลุได้ขนาดนั้นเหรอ? ตอนนี้เราทำอะไรได้บ้าง และคาดหวังอะไรได้บ้างในอนาคตอันใกล้นี้?

จากการศึกษาข้อมูลที่ได้จากกล้องโทรทรรศน์เคปเลอร์ นักดาราศาสตร์ได้ค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบที่อาจเอื้ออาศัยได้ 54 ดวง โลกอันห่างไกลเหล่านี้อยู่ในเขตเอื้ออาศัยได้เช่น ที่ระยะหนึ่งจากดาวฤกษ์ใจกลางทำให้สามารถกักเก็บน้ำในรูปของเหลวบนพื้นผิวดาวเคราะห์ได้

อย่างไรก็ตาม คำตอบสำหรับคำถามหลักว่าเราอยู่คนเดียวในจักรวาลหรือไม่นั้นเป็นเรื่องยากที่จะได้รับ เนื่องจากระยะทางอันมหาศาลที่แยกระบบสุริยะและเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุดออกจากกัน ตัวอย่างเช่น ดาวเคราะห์ "มีแนวโน้ม" Gliese 581g ตั้งอยู่ที่ระยะทาง 20 ปีแสง ซึ่งใกล้เคียงกับมาตรฐานจักรวาลมากพอ แต่ก็ยังไกลเกินไปสำหรับเครื่องมือภาคพื้นดิน

ความอุดมสมบูรณ์ของดาวเคราะห์นอกระบบภายในรัศมี 100 ปีแสงหรือน้อยกว่าจากโลก และความสนใจทางวิทยาศาสตร์และอารยธรรมมหาศาลที่พวกมันเป็นตัวแทนสำหรับมนุษยชาติ ทำให้เราพิจารณาแนวคิดใหม่อันน่าอัศจรรย์ของการเดินทางระหว่างดวงดาวจนบัดนี้

แน่นอนว่าการบินไปยังดาวดวงอื่นเป็นเรื่องของเทคโนโลยี ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีความเป็นไปได้หลายประการในการบรรลุเป้าหมายอันห่างไกลดังกล่าว และยังไม่มีทางเลือกที่สนับสนุนวิธีการใดวิธีหนึ่ง

มนุษยชาติได้ส่งยานพาหนะระหว่างดวงดาวขึ้นสู่อวกาศแล้ว: ยานไพโอเนียร์และยานโวเอเจอร์ ปัจจุบันพวกเขาออกจากระบบสุริยะแล้ว แต่ความเร็วของพวกเขาไม่อนุญาตให้เราพูดถึงความสำเร็จอย่างรวดเร็วของเป้าหมาย ดังนั้นยานโวเอเจอร์ 1 ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณ 17 กม./วินาที จะบินไปยังดาวฤกษ์ที่ใกล้ที่สุดชื่อ Proxima Centauri (4.2 ปีแสง) เป็นเวลานานอย่างไม่น่าเชื่อ - 17,000 ปี

เห็นได้ชัดว่าด้วยเครื่องยนต์จรวดสมัยใหม่เราจะไม่ไปไกลกว่าระบบสุริยะ: ในการขนส่งสินค้า 1 กิโลกรัมแม้จะไปยัง Proxima Centauri ที่อยู่ใกล้เคียงนั้นจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงหลายหมื่นตัน ในเวลาเดียวกัน เมื่อมวลของเรือเพิ่มขึ้น ปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการจะเพิ่มขึ้น และจำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงเพิ่มเติมในการขนส่ง วงจรอุบาทว์ที่ทำให้ถังเชื้อเพลิงเคมียุติลง - การสร้างยานอวกาศที่มีน้ำหนักหลายพันล้านตันดูเหมือนจะเป็นงานที่เหลือเชื่ออย่างยิ่ง การคำนวณง่ายๆ โดยใช้สูตรของ Tsiolkovsky แสดงให้เห็นว่าการเร่งยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยสารเคมีให้เป็นความเร็วประมาณ 10% ของความเร็วแสงจะต้องใช้เชื้อเพลิงมากกว่าที่มีอยู่ในจักรวาลที่เรารู้จัก

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันผลิตพลังงานต่อหน่วยมวลโดยเฉลี่ยมากกว่ากระบวนการเผาไหม้ทางเคมีถึงล้านเท่า นั่นคือเหตุผลที่ NASA หันมาสนใจความเป็นไปได้ในการใช้เครื่องยนต์จรวดแสนสาหัสในช่วงทศวรรษ 1970 โครงการยานอวกาศไร้คนขับเดดาลัสเกี่ยวข้องกับการสร้างเครื่องยนต์ที่จะป้อนเชื้อเพลิงแสนสาหัสเม็ดเล็กเข้าไปในห้องเผาไหม้และจุดไฟด้วยลำอิเล็กตรอน ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยานิวเคลียร์แสนสาหัสจะลอยออกจากหัวฉีดของเครื่องยนต์และทำให้เรือเร่งความเร็ว

ยานอวกาศเดดาลัส เทียบกับตึกเอ็มไพร์สเตต

เดดาลัสควรจะนำเม็ดเชื้อเพลิงจำนวน 50,000 ตันที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 และ 2 มม. ขึ้นเครื่อง เม็ดประกอบด้วยแกนที่ประกอบด้วยดิวทีเรียมและทริเทียม และเปลือกฮีเลียม-3 ส่วนหลังคิดเป็นเพียง 10-15% ของมวลของเม็ดเชื้อเพลิง แต่ในความเป็นจริงแล้วคือเชื้อเพลิง ฮีเลียม-3 มีมากมายบนดวงจันทร์ และดิวเทอเรียมถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ แกนดิวทีเรียมทำหน้าที่เป็นตัวจุดชนวนเพื่อจุดชนวนปฏิกิริยาฟิวชันและกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาอันทรงพลังด้วยการปล่อยพลาสมาเจ็ทปฏิกิริยาซึ่งถูกควบคุมโดยสนามแม่เหล็กอันทรงพลัง ห้องเผาไหม้โมลิบดีนัมหลักของเครื่องยนต์เดดาลัสควรจะมีน้ำหนักมากกว่า 218 ตันห้องขั้นที่สอง - 25 ตัน ขดลวดตัวนำยิ่งยวดแบบแม่เหล็กยังเข้ากันกับเครื่องปฏิกรณ์ขนาดใหญ่: เครื่องแรกมีน้ำหนัก 124.7 ตันและอันที่สอง - 43.6 ตัน สำหรับการเปรียบเทียบน้ำหนักแห้งของกระสวยน้อยกว่า 100 ตัน

การบินเดดาลัสได้รับการวางแผนให้เป็นแบบสองขั้นตอน: เครื่องยนต์ขั้นแรกควรจะทำงานนานกว่า 2 ปีและเผาเชื้อเพลิง 16 ล้านเม็ด หลังจากการแยกขั้นแรก เครื่องยนต์ขั้นที่สองใช้งานได้เกือบสองปี ดังนั้น ในการเร่งความเร็วต่อเนื่อง 3.81 ปี เดดาลัสจะมีความเร็วสูงสุดอยู่ที่ 12.2% ของความเร็วแสง เรือดังกล่าวจะครอบคลุมระยะทางถึงดาวของบาร์นาร์ด (5.96 ปีแสง) ในอีก 50 ปีและจะสามารถบินผ่านระบบดาวอันห่างไกลเพื่อส่งข้อมูลการสังเกตผ่านวิทยุไปยังโลก ดังนั้นภารกิจทั้งหมดจะใช้เวลาประมาณ 56 ปี

แม้จะมีความยากลำบากอย่างมากในการรับรองความน่าเชื่อถือของระบบจำนวนมากของ Daedalus และต้นทุนมหาศาล แต่โครงการนี้สามารถนำไปใช้ในระดับเทคโนโลยีปัจจุบันได้ นอกจากนี้ในปี 2552 ทีมงานผู้กระตือรือร้นได้รื้อฟื้นงานในโครงการเรือแสนสาหัส ปัจจุบัน โครงการอิคารัสมีหัวข้อทางวิทยาศาสตร์ 20 หัวข้อเกี่ยวกับการพัฒนาทางทฤษฎีของระบบและวัสดุยานอวกาศระหว่างดวงดาว

ดังนั้น การบินระหว่างดวงดาวไร้คนขับในระยะทาง 10 ปีแสงจึงเป็นไปได้ในปัจจุบัน ซึ่งจะใช้เวลาประมาณ 100 ปีในการบินบวกกับเวลาที่สัญญาณวิทยุเดินทางกลับมายังโลก ระบบดาว Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 และ 248, CN Leo, WISE 1541-2250 อยู่ภายในรัศมีนี้ ดังที่เราเห็น มีวัตถุใกล้โลกมากพอที่จะศึกษาโดยใช้ภารกิจไร้คนขับ แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าหุ่นยนต์พบบางสิ่งที่แปลกและไม่เหมือนใครจริงๆ เช่น ชีวมณฑลที่ซับซ้อน? การสำรวจที่มีส่วนร่วมของมนุษย์จะสามารถไปยังดาวเคราะห์อันห่างไกลได้หรือไม่?

การบินตลอดชีวิต

หากเราสามารถเริ่มสร้างเรือไร้คนขับได้ตั้งแต่วันนี้ สถานการณ์ก็จะซับซ้อนมากขึ้นด้วยเรือไร้คนขับ ประการแรก ปัญหาเรื่องเวลาบินค่อนข้างรุนแรง มาดูบาร์นาร์ดสตาร์คนเดียวกันกันดีกว่า นักบินอวกาศจะต้องเตรียมพร้อมสำหรับการบินแบบมีคนขับจากโรงเรียน เนื่องจากแม้ว่าการปล่อยตัวจากโลกจะเกิดขึ้นในวันครบรอบ 20 ปีของพวกเขา ยานอวกาศก็จะบรรลุเป้าหมายภารกิจภายในวันครบรอบ 70 ปีหรือ 100 ปีด้วยซ้ำ (โดยคำนึงถึงความจำเป็นในการเบรก ซึ่งไม่จำเป็นในการบินไร้คนขับ) การเลือกลูกเรือตั้งแต่อายุยังน้อยนั้นเต็มไปด้วยความไม่ลงรอยกันทางจิตใจและความขัดแย้งระหว่างบุคคล และเมื่ออายุ 100 ปีก็ไม่ได้ให้ความหวังในการทำงานที่ประสบผลสำเร็จบนพื้นผิวโลกและสำหรับการกลับบ้าน

อย่างไรก็ตามมีประเด็นที่จะกลับมาหรือไม่? การศึกษาของ NASA จำนวนมากนำไปสู่ข้อสรุปที่น่าผิดหวัง: การอยู่ในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์เป็นเวลานานจะทำลายสุขภาพของนักบินอวกาศอย่างถาวร ดังนั้น งานของศาสตราจารย์ชีววิทยา Robert Fitts กับนักบินอวกาศ ISS แสดงให้เห็นว่าแม้จะออกกำลังกายอย่างหนักบนยานอวกาศ แต่หลังจากภารกิจไปดาวอังคารนานสามปี กล้ามเนื้อขนาดใหญ่ เช่น กล้ามเนื้อน่อง ก็จะอ่อนแอลง 50% ความหนาแน่นของมวลกระดูกก็ลดลงเช่นเดียวกัน เป็นผลให้ความสามารถในการทำงานและความอยู่รอดในสถานการณ์ที่รุนแรงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ และระยะเวลาในการปรับตัวให้เข้ากับแรงโน้มถ่วงปกติจะใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งปี การบินด้วยแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์มานานหลายทศวรรษจะก่อให้เกิดคำถามต่อชีวิตของนักบินอวกาศ บางทีร่างกายมนุษย์อาจจะสามารถฟื้นตัวได้ เช่น ระหว่างการเบรกโดยค่อยๆ เพิ่มแรงโน้มถ่วง เป็นต้น อย่างไรก็ตาม ความเสี่ยงต่อการเสียชีวิตยังสูงเกินไปและต้องมีวิธีแก้ปัญหาที่รุนแรง

Stanford Tor เป็นโครงสร้างขนาดมหึมาที่มีเมืองทั้งเมืองอยู่ภายในขอบหมุนได้

น่าเสียดายที่การแก้ปัญหาเรื่องไร้น้ำหนักบนเรือระหว่างดวงดาวนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย ความสามารถที่มีสำหรับเราในการสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมโดยการหมุนโมดูลที่อยู่อาศัยนั้นมีความยากลำบากหลายประการ ในการสร้างแรงโน้มถ่วงของโลก แม้แต่ล้อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 200 เมตร ก็ต้องหมุนด้วยความเร็ว 3 รอบต่อนาที ด้วยการหมุนอย่างรวดเร็วเช่นนี้ แรงคาริโอลิสจะสร้างภาระที่ไม่สามารถทนทานได้อย่างสมบูรณ์ต่อระบบขนถ่ายของมนุษย์ ทำให้เกิดอาการคลื่นไส้และอาการเมาเรือเฉียบพลัน ทางออกเดียวสำหรับปัญหานี้คือ Stanford Tor ซึ่งพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในปี 1975 นี่คือวงแหวนขนาดใหญ่ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.8 กม. ซึ่งนักบินอวกาศ 10,000 คนสามารถมีชีวิตอยู่ได้ ด้วยขนาดของมันจึงมีแรงโน้มถ่วง 0.9-1.0 กรัม และค่อนข้างสะดวกสบายสำหรับผู้คน อย่างไรก็ตาม แม้ว่าความเร็วการหมุนจะต่ำกว่าหนึ่งรอบต่อนาที ผู้คนก็ยังรู้สึกไม่สบายเล็กน้อยแต่สังเกตได้ชัดเจน ยิ่งไปกว่านั้น หากสร้างห้องนั่งเล่นขนาดมหึมาดังกล่าว การกระจายน้ำหนักของพรูแม้เพียงเล็กน้อยก็จะส่งผลต่อความเร็วในการหมุนและทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของโครงสร้างทั้งหมด

ปัญหาเรื่องรังสียังยากอยู่ แม้จะอยู่ใกล้โลก (บนสถานีอวกาศนานาชาติ) นักบินอวกาศจะอยู่ได้ไม่เกินหกเดือนเนื่องจากอันตรายจากการได้รับรังสี ยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์จะต้องติดตั้งระบบป้องกันอย่างหนัก แต่คำถามเกี่ยวกับผลกระทบของรังสีที่มีต่อร่างกายมนุษย์ยังคงอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเสี่ยงของโรคมะเร็งซึ่งไม่ได้ศึกษาการพัฒนาของแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ เมื่อต้นปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ Krasimir Ivanov จากศูนย์การบินและอวกาศเยอรมันในโคโลญจน์ตีพิมพ์ผลการศึกษาที่น่าสนใจเกี่ยวกับพฤติกรรมของเซลล์มะเร็งผิวหนัง (มะเร็งผิวหนังรูปแบบที่อันตรายที่สุด) ในสภาวะแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์ เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์มะเร็งที่เติบโตในแรงโน้มถ่วงปกติ เซลล์ที่เติบโตในแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์เป็นเวลา 6 และ 24 ชั่วโมงมีโอกาสแพร่กระจายน้อยกว่า นี่ดูเหมือนจะเป็นข่าวดี แต่เพียงแวบแรกเท่านั้น ความจริงก็คือ มะเร็ง “อวกาศ” ดังกล่าวสามารถคงอยู่เฉยๆ ได้นานหลายทศวรรษ และแพร่กระจายอย่างไม่คาดคิดในวงกว้างเมื่อระบบภูมิคุ้มกันถูกรบกวน นอกจากนี้ การศึกษายังแสดงให้เห็นชัดเจนว่าเรายังรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการตอบสนองของร่างกายมนุษย์ต่อการสัมผัสกับอวกาศเป็นเวลานาน ทุกวันนี้ นักบินอวกาศ คนที่มีสุขภาพดีและเข้มแข็ง ใช้เวลาที่นั่นน้อยเกินไปเพื่อถ่ายทอดประสบการณ์ของพวกเขาไปสู่การบินระหว่างดวงดาวอันยาวนาน

ไม่ว่าในกรณีใดเรือสำหรับ 10,000 คนเป็นความคิดที่น่าสงสัย ในการสร้างระบบนิเวศที่เชื่อถือได้สำหรับคนจำนวนมาก คุณต้องมีพืชจำนวนมาก ไก่ 60,000 ตัว กระต่าย 30,000 ตัว และฝูงวัวหนึ่งฝูง เพียงอย่างเดียวนี้สามารถให้พลังงานได้ 2,400 แคลอรี่ต่อวัน อย่างไรก็ตาม การทดลองทั้งหมดเพื่อสร้างระบบนิเวศแบบปิดมักจะจบลงด้วยความล้มเหลวเสมอ ดังนั้นในระหว่างการทดลองที่ใหญ่ที่สุด "Biosphere-2" โดย Space Biosphere Ventures เครือข่ายของอาคารสุญญากาศที่มีพื้นที่รวม 1.5 เฮกตาร์จึงถูกสร้างขึ้นด้วยพืชและสัตว์กว่า 3,000 สายพันธุ์ ระบบนิเวศทั้งหมดควรจะกลายเป็น "ดาวเคราะห์" ดวงเล็ก ๆ ที่พึ่งพาตนเองได้ซึ่งมีคน 8 คนอาศัยอยู่ การทดลองใช้เวลา 2 ปี แต่หลังจากนั้นไม่กี่สัปดาห์ปัญหาร้ายแรงก็เริ่มขึ้น: จุลินทรีย์และแมลงเริ่มเพิ่มจำนวนอย่างควบคุมไม่ได้ ใช้ออกซิเจนและพืชในปริมาณมากเกินไป ปรากฎว่าหากไม่มีลม ต้นไม้ก็เปราะบางเกินไป อันเป็นผลมาจากภัยพิบัติด้านสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น ผู้คนเริ่มลดน้ำหนัก ปริมาณออกซิเจนลดลงจาก 21% เป็น 15% และนักวิทยาศาสตร์ต้องฝ่าฝืนเงื่อนไขของการทดลองและจัดหาออกซิเจนและอาหารให้กับ "นักบินอวกาศ" ทั้งแปดคน

ดังนั้น การสร้างระบบนิเวศที่ซับซ้อนจึงดูเป็นวิธีที่เข้าใจผิดและเป็นอันตรายในการให้ออกซิเจนและสารอาหารแก่ลูกเรือในยานอวกาศระหว่างดวงดาว เพื่อแก้ปัญหานี้ สิ่งมีชีวิตที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษซึ่งมียีนดัดแปลงจึงเป็นสิ่งจำเป็น ซึ่งสามารถกินแสง ของเสีย และสารธรรมดาได้ ตัวอย่างเช่น โรงงานสมัยใหม่ขนาดใหญ่สำหรับการผลิตสาหร่ายคลอเรลลาที่กินได้สามารถผลิตสารแขวนลอยได้มากถึง 40 ตันต่อวัน เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพแบบอัตโนมัติโดยสมบูรณ์หนึ่งเครื่องที่มีน้ำหนักหลายตันสามารถผลิตคลอเรลลาแขวนลอยได้มากถึง 300 ลิตรต่อวัน ซึ่งเพียงพอสำหรับการเลี้ยงลูกเรือหลายสิบคน คลอเรลลาดัดแปลงพันธุกรรมไม่เพียงแต่สามารถตอบสนองความต้องการทางโภชนาการของลูกเรือเท่านั้น แต่ยังแปรรูปของเสีย รวมถึงคาร์บอนไดออกไซด์ด้วย ปัจจุบัน กระบวนการดัดแปลงพันธุกรรมสาหร่ายขนาดเล็กกลายเป็นเรื่องธรรมดา และมีตัวอย่างมากมายที่พัฒนาขึ้นสำหรับการบำบัดน้ำเสีย การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ ฯลฯ

ความฝันที่เยือกแข็ง

ปัญหาข้างต้นเกือบทั้งหมดของการบินระหว่างดวงดาวที่มีคนขับสามารถแก้ไขได้ด้วยเทคโนโลยีที่มีแนวโน้มดีอย่างหนึ่งนั่นคือแอนิเมชั่นที่ถูกระงับหรือที่เรียกกันว่าการแช่แข็ง Anabiosis เป็นการชะลอกระบวนการชีวิตของมนุษย์อย่างน้อยหลายครั้ง หากเป็นไปได้ที่จะทำให้บุคคลตกอยู่ในความง่วงเทียมซึ่งจะทำให้การเผาผลาญช้าลง 10 เท่าในระหว่างการเดินทาง 100 ปีเขาจะอายุขณะหลับเพียง 10 ปีเท่านั้น ทำให้ง่ายต่อการแก้ไขปัญหาด้านโภชนาการ ปริมาณออกซิเจน ความผิดปกติทางจิต และการทำลายร่างกายอันเป็นผลมาจากภาวะไร้น้ำหนัก นอกจากนี้ การปกป้องช่องที่มีช่องแอนิเมชันแขวนลอยจากอุกกาบาตขนาดเล็กและการแผ่รังสีได้ง่ายกว่าเขตเอื้ออาศัยขนาดใหญ่

น่าเสียดายที่การชะลอกระบวนการในชีวิตของมนุษย์เป็นงานที่ยากมาก แต่ในธรรมชาติมีสิ่งมีชีวิตที่สามารถจำศีลและเพิ่มอายุขัยได้หลายร้อยครั้ง ตัวอย่างเช่น กิ้งก่าตัวเล็กที่เรียกว่าซาลาแมนเดอร์ไซบีเรีย สามารถจำศีลในช่วงเวลาที่ยากลำบากและมีชีวิตอยู่ได้นานหลายสิบปี แม้ว่าจะแช่แข็งอยู่ในก้อนน้ำแข็งที่มีอุณหภูมิลบ 35-40°C ก็ตาม มีหลายกรณีที่ทราบกันดีว่าซาลาแมนเดอร์ใช้เวลาจำศีลประมาณ 100 ปี และราวกับว่าไม่มีอะไรเกิดขึ้น ก็ละลายออกมาและวิ่งหนีจากนักวิจัยที่ประหลาดใจ ยิ่งกว่านั้นอายุขัยของจิ้งจก "ต่อเนื่อง" ตามปกติจะต้องไม่เกิน 13 ปี ความสามารถที่น่าทึ่งของซาลาแมนเดอร์นั้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าตับของมันสังเคราะห์กลีเซอรอลจำนวนมากซึ่งเกือบ 40% ของน้ำหนักตัวซึ่งช่วยปกป้องเซลล์จากอุณหภูมิต่ำ

อุปสรรคหลักในการแช่บุคคลในการแช่แข็งคือน้ำ ซึ่งคิดเป็น 70% ของร่างกายเรา เมื่อแช่แข็งจะกลายเป็นผลึกน้ำแข็ง โดยมีปริมาตรเพิ่มขึ้น 10% ซึ่งทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แตก นอกจากนี้ เมื่อเซลล์แข็งตัว สารที่ละลายภายในเซลล์จะย้ายไปยังน้ำที่เหลืออยู่ ซึ่งขัดขวางกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนภายในเซลล์ เช่นเดียวกับการจัดระเบียบของโปรตีนและโครงสร้างระหว่างเซลล์อื่นๆ โดยทั่วไปการทำลายเซลล์ในระหว่างการแช่แข็งทำให้บุคคลไม่สามารถกลับมามีชีวิตได้

อย่างไรก็ตาม มีวิธีแก้ไขปัญหานี้ได้ดี นั่นคือคลาเทรตไฮเดรต พวกมันถูกค้นพบในปี 1810 เมื่อนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ เซอร์ ฮัมฟรีย์ เดวี ฉีดคลอรีนลงในน้ำภายใต้แรงดันสูง และเห็นการก่อตัวของโครงสร้างแข็ง สิ่งเหล่านี้คือคลาเทรตไฮเดรต - หนึ่งในรูปแบบของน้ำแข็งซึ่งมีก๊าซจากต่างประเทศ ซึ่งแตกต่างจากผลึกน้ำแข็ง clathrate lattices มีความแข็งน้อยกว่าไม่มีขอบคม แต่มีโพรงซึ่งสารในเซลล์สามารถ "ซ่อน" ได้ เทคโนโลยีของแอนิเมชั่นแบบแขวนลอยของแคลเทรตนั้นเรียบง่าย: ก๊าซเฉื่อย เช่น ซีนอนหรืออาร์กอน อุณหภูมิต่ำกว่าศูนย์เพียงเล็กน้อย และเมแทบอลิซึมของเซลล์เริ่มค่อยๆ ช้าลงจนกระทั่งบุคคลนั้นตกอยู่ในภาวะแช่แข็ง น่าเสียดายที่การก่อตัวของคลาเทรตไฮเดรตต้องใช้แรงดันสูง (ประมาณ 8 บรรยากาศ) และก๊าซที่ละลายในน้ำมีความเข้มข้นสูงมาก วิธีสร้างเงื่อนไขดังกล่าวในสิ่งมีชีวิตยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด แม้ว่าจะมีความสำเร็จบ้างในด้านนี้ก็ตาม ดังนั้น clathrates จึงสามารถปกป้องเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อหัวใจจากการทำลายไมโตคอนเดรียได้แม้ในอุณหภูมิที่เย็นจัด (ต่ำกว่า 100 องศาเซลเซียส) รวมทั้งป้องกันความเสียหายต่อเยื่อหุ้มเซลล์ ยังไม่มีการพูดคุยเกี่ยวกับการทดลองเกี่ยวกับแอนิเมชันที่ระงับด้วยสารคลาเทรตในมนุษย์ เนื่องจากความต้องการเชิงพาณิชย์สำหรับเทคโนโลยีการแช่แข็งด้วยความเย็นยังมีน้อย และการวิจัยในหัวข้อนี้ดำเนินการโดยบริษัทขนาดเล็กที่ให้บริการแช่แข็งศพของผู้ตายเป็นหลัก

เที่ยวบินไฮโดรเจน

ในปี 1960 นักฟิสิกส์ โรเบิร์ต บุสซาร์ด เสนอแนวคิดดั้งเดิมของเครื่องยนต์เทอร์โมนิวเคลียร์แบบแรมเจ็ต ซึ่งช่วยแก้ปัญหาหลายประการของการเดินทางระหว่างดวงดาว แนวคิดก็คือการใช้ไฮโดรเจนและฝุ่นระหว่างดวงดาวที่มีอยู่ในอวกาศ ยานอวกาศที่มีเครื่องยนต์ดังกล่าวจะเร่งความเร็วด้วยเชื้อเพลิงของตัวเองก่อน จากนั้นจึงเปิดช่องทางขนาดใหญ่ของสนามแม่เหล็กซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายพันกิโลเมตร ซึ่งจับไฮโดรเจนจากอวกาศ ไฮโดรเจนนี้ถูกใช้เป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่ไม่มีวันหมดสำหรับเครื่องยนต์จรวดฟิวชัน

การใช้เครื่องยนต์ Bussard ให้ประโยชน์มหาศาล ประการแรกเนื่องจากเชื้อเพลิง "ฟรี" จึงเป็นไปได้ที่จะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งคงที่ 1 กรัมซึ่งหมายความว่าปัญหาทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับภาวะไร้น้ำหนักจะหายไป นอกจากนี้เครื่องยนต์ยังช่วยให้คุณเร่งความเร็วได้อย่างมหาศาล - 50% ของความเร็วแสงและมากกว่านั้นอีก ตามทฤษฎีแล้ว เรือที่มีเครื่องยนต์ Bussard ซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง 1 กรัมสามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะทาง 10 ปีแสงในเวลาประมาณ 12 ปีโลก และสำหรับลูกเรือ เนื่องจากผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ เวลาของเรือเพียง 5 ปีจึงจะผ่านไป

น่าเสียดายที่เส้นทางสู่การสร้างเรือด้วยเครื่องยนต์ Bussard เผชิญกับปัญหาร้ายแรงหลายประการที่ไม่สามารถแก้ไขได้ในระดับเทคโนโลยีปัจจุบัน ก่อนอื่น จำเป็นต้องสร้างกับดักไฮโดรเจนขนาดยักษ์และเชื่อถือได้ โดยสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความแข็งแกร่งขนาดมหึมา ในเวลาเดียวกัน จะต้องรับประกันการสูญเสียน้อยที่สุดและการขนส่งไฮโดรเจนไปยังเครื่องปฏิกรณ์แสนสาหัสอย่างมีประสิทธิภาพ กระบวนการของปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ในการแปลงอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอมเป็นอะตอมฮีเลียมที่เสนอโดย Bussard ทำให้เกิดคำถามมากมาย ความจริงก็คือปฏิกิริยาที่ง่ายที่สุดนี้ทำได้ยากในเครื่องปฏิกรณ์แบบทะลุผ่านครั้งเดียว เพราะมันดำเนินไปช้าเกินไป และโดยหลักการแล้ว เป็นไปได้เฉพาะภายในดาวฤกษ์เท่านั้น

อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าในการศึกษาฟิวชั่นแสนสาหัสทำให้เกิดความหวังว่าปัญหาจะสามารถแก้ไขได้ เช่น โดยใช้ไอโซโทปและปฏิสสารที่ "แปลกใหม่" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยา

จนถึงขณะนี้ การวิจัยในหัวข้อเครื่องยนต์ Bussard นั้นอยู่ในระนาบทางทฤษฎีเท่านั้น จำเป็นต้องมีการคำนวณบนพื้นฐานของเทคโนโลยีจริง ประการแรก จำเป็นต้องพัฒนาเครื่องยนต์ที่สามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอสำหรับขับเคลื่อนกับดักแม่เหล็กและรักษาปฏิกิริยาแสนสาหัส สร้างปฏิสสาร และเอาชนะความต้านทานของตัวกลางระหว่างดวงดาว ซึ่งจะทำให้ "การแล่น" ของแม่เหล็กไฟฟ้าขนาดมหึมาช้าลง

ปฏิสสารเพื่อช่วยเหลือ

นี่อาจฟังดูแปลก แต่ทุกวันนี้มนุษยชาติเข้าใกล้การสร้างเครื่องยนต์ปฏิสสารมากกว่าเครื่องยนต์ Bussard ramjet ที่ใช้งานง่ายและดูเหมือนเรียบง่าย

โพรบที่พัฒนาโดย Hbar Technologies จะมีใบเรือคาร์บอนไฟเบอร์บางๆ ที่เคลือบด้วยยูเรเนียม 238 เมื่อแอนติไฮโดรเจนกระทบใบเรือ มันจะทำลายล้างและสร้างแรงขับของไอพ่น

อันเป็นผลมาจากการทำลายล้างของไฮโดรเจนและแอนติไฮโดรเจนทำให้เกิดกระแสโฟตอนที่ทรงพลังซึ่งมีความเร็วการไหลออกซึ่งถึงสูงสุดสำหรับเครื่องยนต์จรวดเช่น ความเร็วของแสง. นี่เป็นตัวบ่งชี้ในอุดมคติที่ช่วยให้ยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยโฟตอนสามารถบรรลุความเร็วใกล้แสงที่สูงมาก น่าเสียดายที่การใช้ปฏิสสารเป็นเชื้อเพลิงจรวดนั้นยากมาก เนื่องจากในระหว่างการทำลายล้างจะมีรังสีแกมมาอันทรงพลังระเบิดออกมาซึ่งจะฆ่านักบินอวกาศ นอกจากนี้ยังไม่มีเทคโนโลยีสำหรับการจัดเก็บปฏิสสารจำนวนมากและความจริงของการสะสมปฏิสสารจำนวนมากแม้ในอวกาศห่างไกลจากโลกก็เป็นภัยคุกคามร้ายแรงเนื่องจากการทำลายล้างปฏิสสารแม้แต่หนึ่งกิโลกรัมก็เทียบเท่ากับนิวเคลียร์ การระเบิดด้วยพลัง 43 เมกะตัน (การระเบิดของพลังดังกล่าวสามารถเปลี่ยนหนึ่งในสามให้กลายเป็นดินแดนทะเลทรายของสหรัฐฯ) ราคาของปฏิสสารเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ทำให้การบินระหว่างดวงดาวที่ขับเคลื่อนด้วยโฟตอนมีความซับซ้อน เทคโนโลยีการผลิตปฏิสสารสมัยใหม่ทำให้สามารถผลิตแอนติไฮโดรเจนได้หนึ่งกรัมโดยมีค่าใช้จ่ายหลายสิบล้านล้านดอลลาร์

อย่างไรก็ตาม โครงการวิจัยปฏิสสารขนาดใหญ่กำลังประสบผลสำเร็จ ปัจจุบัน มีการสร้างสถานที่จัดเก็บโพซิตรอนแบบพิเศษที่เรียกว่า "ขวดแม่เหล็ก" ซึ่งเป็นภาชนะที่ระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวและมีผนังที่ทำจากสนามแม่เหล็ก ในเดือนมิถุนายนของปีนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ CERN สามารถรักษาอะตอมของแอนติไฮโดรเจนได้เป็นเวลา 2,000 วินาที สถานที่กักเก็บปฏิสสารที่ใหญ่ที่สุดในโลกกำลังถูกสร้างขึ้นที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย (สหรัฐอเมริกา) ซึ่งจะสามารถสะสมโพซิตรอนมากกว่าหนึ่งล้านล้านโพซิตรอน เป้าหมายประการหนึ่งของนักวิทยาศาสตร์ UC คือการสร้างถังปฏิสสารแบบพกพาที่สามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ ห่างไกลจากเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่ โครงการนี้ได้รับการสนับสนุนจากกระทรวงกลาโหมซึ่งมีความสนใจในการใช้งานปฏิสสารทางทหาร ดังนั้นขวดแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลกจึงไม่น่าจะขาดเงินทุน

เครื่องเร่งปฏิกิริยาสมัยใหม่จะสามารถผลิตแอนติไฮโดรเจนได้ 1 กรัมในระยะเวลาหลายร้อยปี นี่เป็นเวลาที่ยาวนานมาก ดังนั้นทางออกเดียวคือการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่สำหรับการผลิตปฏิสสารหรือรวมความพยายามของทุกประเทศในโลกของเรา แต่ถึงแม้ในกรณีนี้ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ก็เป็นไปไม่ได้เลยที่จะฝันถึงการผลิตปฏิสสารจำนวนหลายสิบตันสำหรับการบินที่มีคนขับระหว่างดวงดาว

อย่างไรก็ตามทุกอย่างไม่ได้น่าเศร้านัก ผู้เชี่ยวชาญของ NASA ได้พัฒนาการออกแบบยานอวกาศหลายแบบที่สามารถเข้าไปในห้วงอวกาศได้ด้วยปฏิสสารเพียง 1 ไมโครกรัม NASA เชื่อว่าอุปกรณ์ที่ได้รับการปรับปรุงจะทำให้สามารถผลิตแอนติโปรตรอนได้ในราคาประมาณ 5 พันล้านดอลลาร์ต่อกรัม

บริษัท Hbar Technologies ในอเมริกา ซึ่งได้รับการสนับสนุนจาก NASA กำลังพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับโพรบไร้คนขับที่ขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์ที่ทำงานด้วยแอนติไฮโดรเจน เป้าหมายแรกของโครงการนี้คือการสร้างยานอวกาศไร้คนขับที่สามารถบินไปยังแถบไคเปอร์บริเวณรอบนอกระบบสุริยะได้ภายในเวลาไม่ถึง 10 ปี วันนี้เป็นไปไม่ได้ที่จะบินไปยังจุดที่ห่างไกลเช่นนี้ใน 5-7 ปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งยานสำรวจ New Horizons ของ NASA จะบินผ่านแถบไคเปอร์ 15 ปีหลังจากการเปิดตัว

ยานสำรวจเดินทางไกล 250 AU ในอีก 10 ปีข้างหน้า มันจะมีขนาดเล็กมากโดยมีน้ำหนักบรรทุกเพียง 10 มก. แต่จะต้องใช้แอนติไฮโดรเจนเล็กน้อยด้วย - 30 มก. เทวาตรอนจะผลิตได้ในปริมาณดังกล่าวภายในไม่กี่ทศวรรษ และนักวิทยาศาสตร์สามารถทดสอบแนวคิดเครื่องยนต์ใหม่ในภารกิจอวกาศจริงได้

การคำนวณเบื้องต้นยังแสดงให้เห็นว่าสามารถส่งโพรบขนาดเล็กไปยังอัลฟ่าเซ็นทอรีได้ในลักษณะเดียวกัน แอนติไฮโดรเจนหนึ่งกรัมจะไปถึงดาวฤกษ์อันไกลโพ้นในอีก 40 ปี

อาจดูเหมือนว่าทั้งหมดข้างต้นเป็นเพียงจินตนาการและไม่เกี่ยวข้องกับอนาคตอันใกล้นี้ โชคดีที่ไม่เป็นเช่นนั้น แม้ว่าความสนใจของสาธารณชนจะมุ่งเน้นไปที่วิกฤตการณ์ระดับโลก ความล้มเหลวของดาราเพลงป๊อป และเหตุการณ์ปัจจุบันอื่นๆ แต่ความคิดริเริ่มในการสร้างยุคสมัยยังคงอยู่ในเงามืด หน่วยงานอวกาศของ NASA ได้เปิดตัวโครงการยานอวกาศ 100 ปีที่มีความทะเยอทะยาน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสร้างรากฐานทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับการบินระหว่างดาวเคราะห์และระหว่างดวงดาวอย่างค่อยเป็นค่อยไปเป็นเวลาหลายปี โปรแกรมนี้ไม่มีความคล้ายคลึงกันในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติ และควรดึงดูดนักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และผู้ที่สนใจในอาชีพอื่นๆ จากทั่วทุกมุมโลก การประชุมสัมมนาจะจัดขึ้นในเมืองออร์แลนโด รัฐฟลอริดา ตั้งแต่วันที่ 30 กันยายน ถึง 2 ตุลาคม พ.ศ. 2554 เพื่อหารือเกี่ยวกับเทคโนโลยีการบินอวกาศต่างๆ จากผลของเหตุการณ์ดังกล่าว ผู้เชี่ยวชาญของ NASA จะพัฒนาแผนธุรกิจเพื่อช่วยเหลืออุตสาหกรรมและบริษัทบางแห่งที่กำลังพัฒนาเทคโนโลยีที่ขาดหายไปในปัจจุบัน แต่จำเป็นสำหรับการเดินทางระหว่างดวงดาวในอนาคต หากโครงการอันทะเยอทะยานของ NASA ประสบความสำเร็จ ภายใน 100 ปี มนุษยชาติจะสามารถสร้างยานอวกาศระหว่างดวงดาวได้ และเราจะเคลื่อนที่ไปรอบระบบสุริยะได้อย่างง่ายดายเช่นเดียวกับที่เราบินจากทวีปหนึ่งไปอีกทวีปหนึ่งในปัจจุบัน