Em 12 de abril de 2016, o famoso físico britânico Stephen Hawking e o empresário e filantropo russo Yuri Milner anunciaram a alocação de US$ 100 milhões para financiar o projeto. Tiro estelar inovador. O objetivo do projeto era desenvolver tecnologias para a criação de naves espaciais capazes de fazer um voo interestelar até Alfa Centauri.

Milhares de romances de ficção científica descrevem naves gigantes de fótons do tamanho de uma cidade pequena (ou grande), partindo para voos interestelares da órbita do nosso planeta (menos frequentemente, da superfície da Terra). Mas, segundo os autores do projeto, Tiro estelar inovador, tudo acontecerá de maneira completamente diferente: em um dia significativo, duas mil de algum ano, não uma ou duas, mas centenas e milhares de pequenas naves espaciais do tamanho de uma unha e pesando 1 g serão lançadas em direção a uma das estrelas mais próximas, Alfa Centauri. E cada um deles terá uma fina vela solar com área de 16 m 2, que levará a espaçonave em velocidade cada vez maior - até as estrelas.

"Tiro para as estrelas"

A base do projeto Tiro estelar inovador foi um artigo do professor de física da UC Santa Bárbara, Philip Lubin, “A Plan for Interstellar Flight” ( Um roteiro para o voo interestelar). O principal objetivo declarado do projeto é tornar possíveis os voos interestelares durante a vida da próxima geração de pessoas, ou seja, não em séculos, mas em décadas.

Imediatamente após o anúncio oficial do programa Tiro Estelar Os autores do projeto foram atingidos por uma onda de críticas de cientistas e especialistas técnicos de diversas áreas. Especialistas críticos notaram inúmeras avaliações incorretas e simplesmente “pontos em branco” no plano do programa. Alguns comentários foram levados em consideração e o plano de voo foi ligeiramente ajustado na primeira iteração.

Assim, a sonda interestelar será um veleiro espacial com módulo eletrônico StarChip pesando 1 g, conectado por correias resistentes a uma vela solar com área de 16 m 2, espessura de 100 nm e massa de 1 g Claro, a luz do nosso Sol não é suficiente para acelerar mesmo. uma estrutura tão leve a velocidades nas quais as viagens interestelares não durarão milênios. Portanto, o principal destaque do projeto Star Shot- isso é overclock usando poderoso radiação laser, que se concentra na vela. Lubin estima que com uma potência de feixe de laser de 50 a 100 GW, a aceleração será de cerca de 30.000 ge em poucos minutos a sonda atingirá a velocidade de 20% da luz. O vôo para Alpha Centauri durará cerca de 20 anos.

Perguntas sem resposta: uma onda de críticas

Philip Lubin em seu artigo fornece estimativas numéricas dos pontos do plano, mas muitos cientistas e especialistas são muito críticos em relação a esses dados.

É claro que para desenvolver um projecto tão ambicioso como Tiro estelar inovador, são necessários anos de trabalho e 100 milhões de dólares não é uma quantia tão grande para um trabalho desta escala. Isto se aplica especialmente à infraestrutura terrestre - um conjunto em fases de emissores de laser. A instalação de tal capacidade (50-100 GW) exigirá uma quantidade gigantesca de energia, ou seja, pelo menos uma dúzia de grandes usinas de energia precisarão ser construídas nas proximidades. Além disso, será necessário remover uma grande quantidade de calor dos emissores ao longo de vários minutos, e como fazer isso ainda não está claro. Existem perguntas sem resposta no projeto Tiro estelar inovador uma quantia enorme, mas até agora o trabalho apenas começou.

“O conselho científico do nosso projeto inclui especialistas, cientistas e engenheiros renomados em diversas áreas relevantes, incluindo dois ganhadores do Nobel”, diz Yuri Milner. - E ouvi avaliações muito equilibradas sobre a viabilidade deste projeto. Ao fazê-lo, contamos certamente com a experiência combinada de todos os membros do nosso conselho científico, mas ao mesmo tempo estamos abertos a uma discussão científica mais ampla.”

Sob as velas estreladas

Um dos principais detalhes do projeto é a vela solar. Na versão original, a área da vela era inicialmente de apenas 1 m 2 e, por isso, não resistia ao aquecimento durante a aceleração no campo de radiação laser. A nova versão utiliza uma vela com área de 16 m2, portanto o regime térmico, embora bastante severo, mas, segundo estimativas preliminares, não deve derreter ou destruir a vela. Como escreve o próprio Philip Lubin, está planejado o uso não de revestimentos metalizados, mas de espelhos multicamadas totalmente dielétricos como base para a vela: “Tais materiais são caracterizados por um coeficiente de reflexão moderado e absorção extremamente baixa. Digamos que os vidros ópticos para fibra óptica sejam projetados para altos fluxos de luz e tenham uma absorção de cerca de vinte trilionésimos por 1 mícron de espessura.” Não é fácil obter um bom coeficiente de reflexão de um dielétrico com espessura de vela de 100 nm, que é muito menor que o comprimento de onda. Mas os autores do projeto têm alguma esperança em usar novas abordagens, como monocamadas de metamaterial com índice de refração negativo.

Vela solar

Um dos principais elementos do projeto é uma vela solar com área de 16 m2 e massa de apenas 1 g. O material da vela são espelhos dielétricos multicamadas que refletem 99,999% da luz incidente (de acordo com cálculos preliminares, isso). deve ser suficiente para evitar que a vela derreta em um campo de radiação de laser de 100 GW). Uma abordagem mais promissora, que permite tornar a espessura da vela menor que o comprimento de onda da luz refletida, é usar uma monocamada de metamaterial com índice de refração negativo como base da vela (tal material também possui nanoperfuração, o que reduz ainda mais sua massa). A segunda opção é utilizar um material não com alto coeficiente de reflexão, mas com baixo coeficiente de absorção (10 −9), como materiais ópticos para guias de luz.

“Também é preciso considerar que o reflexo dos espelhos dielétricos é ajustado para uma faixa estreita de comprimentos de onda e, à medida que a sonda acelera, o efeito Doppler muda o comprimento de onda em mais de 20%”, diz Lubin. - Levamos isso em consideração, então o refletor será ajustado para aproximadamente vinte por cento da largura de banda da radiação. Nós projetamos esses refletores. Se necessário, também estão disponíveis refletores com larguras de banda maiores.”

Instalação a laser

A principal usina da nave espacial não voará para as estrelas - ela estará localizada na Terra. Este é um conjunto de emissores de laser em fases baseado em terra medindo 1 × 1 km. A potência total do laser deve ser de 50 a 100 GW (isso equivale à potência de 10 a 20 usinas hidrelétricas de Krasnoyarsk). Supõe-se que ele use faseamento (ou seja, mudança de fase em cada emissor individual) para focar a radiação com comprimento de onda de 1,06 μm de toda a rede em um ponto com diâmetro de vários metros a distâncias de até muitos milhões de quilômetros (o a precisão máxima de foco é de 10 −9 radianos). Mas essa focagem é muito dificultada pela atmosfera turbulenta, que desfoca o feixe num ponto aproximadamente do tamanho de um segundo de arco (10 −5 radianos). Espera-se que melhorias de quatro ordens de grandeza sejam alcançadas usando óptica adaptativa (AO), que compensará as distorções atmosféricas. Melhores sistemas a óptica adaptativa em telescópios modernos reduz o desfoque para 30 milissegundos de arco, ou seja, ainda restam cerca de duas ordens e meia de magnitude para o alvo pretendido. “Para superar a turbulência atmosférica em pequena escala, o phased array deve ser dividido em elementos muito pequenos, o tamanho do elemento emissor para o nosso comprimento de onda não deve ser superior a 20–25 cm”, explica Philip Lubin. - São pelo menos 20 milhões de emissores, mas esse número não me assusta. Para opinião No sistema AO planejamos usar muitas fontes de referência - beacons - tanto na sonda, quanto na nave-mãe, e na atmosfera. Além disso, rastrearemos a sonda a caminho do alvo. Também queremos usar as estrelas como uma bóia para ajustar o faseamento do conjunto ao receber o sinal da sonda na chegada, mas iremos rastrear a sonda para ter certeza.”

Chegada

Mas então a sonda chegou ao sistema Alpha Centauri, fotografou os arredores do sistema e do planeta (se houver). Esta informação deve ser transmitida de alguma forma à Terra, e a potência do transmissor laser da sonda é limitada a alguns watts. E cinco anos depois isso sinal fraco deve ser aceito na Terra, isolando as estrelas da radiação de fundo. Segundo os autores do projeto, a sonda manobra no alvo de tal forma que a vela se transforma em lente de Fresnel, focando o sinal da sonda na direção da Terra. Estima-se que uma lente ideal com foco e orientação ideais amplifica um sinal de 1 W para 10 13 W equivalente isotrópico. Mas como podemos considerar este sinal no contexto de uma radiação muito mais poderosa (de 13 a 14 ordens de magnitude!) Da estrela? “A luz da estrela é na verdade bastante fraca porque a largura de linha do nosso laser é muito pequena. Uma linha estreita é um fator chave na redução do fundo, diz Lubin. - A ideia de fazer uma lente de Fresnel a partir de uma vela baseada em um elemento difrativo de filme fino é bastante complexa e requer muito trabalho preliminar para entender exatamente a melhor forma de fazer isso. Este ponto é na verdade um dos principais em nosso plano de projeto.”

O voo interestelar não é uma questão de séculos, mas de décadas

Yuri Milner ,
Empresário e filantropo russo,
Fundador de iniciativas inovadoras:

Nos últimos 15 anos, avanços significativos, pode-se dizer, revolucionários ocorreram em três áreas tecnológicas: miniaturização de componentes eletrônicos, criação de uma nova geração de materiais e também redução de custos e aumento da potência do laser. A combinação destas três tendências leva à possibilidade teórica de acelerar um nanossatélite a velocidades quase relativísticas. Numa primeira fase (5 a 10 anos), pretendemos realizar um estudo científico e de engenharia mais aprofundado para compreender a viabilidade deste projeto. No site do projeto existe uma lista de cerca de 20 problemas técnicos graves, sem os quais não conseguiremos avançar. Esta não é uma lista definitiva, mas com base no parecer do conselho científico, acreditamos que a primeira fase do projeto tem motivação suficiente. Sei que o projecto da vela estelar é alvo de sérias críticas por parte dos especialistas, mas penso que a posição de alguns especialistas críticos está associada a uma compreensão não inteiramente exacta daquilo que realmente estamos a propor. Não estamos financiando um voo para outra estrela, mas sim desenvolvimentos realistas e multifuncionais relacionados à ideia de uma sonda interestelar apenas em uma direção geral. Essas tecnologias serão utilizadas tanto para voos no sistema solar quanto para proteção contra asteroides perigosos. Mas definir um objectivo estratégico tão ambicioso como o voo interestelar parece justificado no sentido de que o desenvolvimento da tecnologia ao longo dos últimos 10-20 anos provavelmente faz com que a implementação de tal projecto não seja uma questão de séculos, como muitos assumiram, mas sim de décadas.

Por outro lado, um phased array de emissores ópticos/receptores de radiação com uma abertura total de um quilômetro é um instrumento capaz de ver exoplanetas a distâncias de dezenas de parsecs. Usando receptores de comprimento de onda sintonizáveis, a composição da atmosfera dos exoplanetas pode ser determinada. As sondas são necessárias neste caso? “Certamente, usar um phased array como um telescópio muito grande abre novas possibilidades na astronomia. Mas, acrescenta Lubin, pretendemos adicionar um espectrômetro infravermelho à sonda como um programa de longo prazo, além da câmera e de outros sensores. Temos um ótimo grupo de fotônica na UC Santa Bárbara que faz parte da colaboração.”

Mas de qualquer forma, segundo Lubin, os primeiros voos serão feitos dentro do sistema solar: “Como podemos enviar um grande número de sondas, isso nos dá muitas possibilidades diferentes. Também podemos enviar pequenos semelhantes ( escala de wafer, isto é, em um chip) sondam foguetes convencionais e usam as mesmas tecnologias para estudar a Terra ou os planetas e seus satélites no sistema solar."

Os editores agradecem ao jornal “Troitsky Option - Science” e ao seu editor-chefe Boris Stern pela assistência na preparação do artigo.

E saiu do sistema solar; Agora eles são usados ​​para estudar o espaço interestelar. No início do século XXI, não existem estações cuja missão direta seria voar até as estrelas mais próximas.

A distância até a estrela mais próxima (Proxima Centauri) é de cerca de 4.243 anos-luz, ou seja, cerca de 268 mil vezes a distância da Terra ao Sol.

Projetos de naves estelares movidos pela pressão de ondas eletromagnéticas

Em 1971, em um relatório de G. Marx em um simpósio em Byurakan, foi proposto o uso de lasers de raios X para viagens interestelares. A possibilidade de utilização deste tipo de propulsão foi posteriormente investigada pela NASA. Como resultado, chegou-se à seguinte conclusão: “Se for encontrada a possibilidade de criar um laser operando na faixa de comprimento de onda dos raios X, então podemos falar de um desenvolvimento real aeronave(acelerado pelo feixe de tal laser), que será capaz de cobrir distâncias até as estrelas mais próximas muito mais rápido do que todos os sistemas atualmente conhecidos com motores de foguete. Cálculos mostram que utilizando o sistema espacial considerado neste trabalho, é possível chegar à estrela Alfa Centauri... em cerca de 10 anos."

Em 1985, R. Forward propôs o projeto de uma sonda interestelar acelerada por energia de micro-ondas. O projeto previa que a sonda alcançaria as estrelas mais próximas em 21 anos.

No 36º Congresso Astronômico Internacional, foi proposto um projeto de uma nave estelar a laser, cujo movimento é fornecido pela energia de lasers ópticos localizados em órbita ao redor de Mercúrio. De acordo com os cálculos, o caminho de uma nave deste tipo até a estrela Epsilon Eridani (10,8 anos-luz) e de volta levaria 51 anos.

Motores de aniquilação

Os principais problemas identificados pelos cientistas e engenheiros que analisaram os projetos dos foguetes de aniquilação são obter a quantidade necessária de antimatéria, armazená-la e focar o fluxo de partículas na direção desejada. Indica-se que o estado atual da ciência e da tecnologia não permite sequer teoricamente a criação de tais estruturas.

Motores Ram movidos a hidrogênio interestelar

O principal componente da massa dos foguetes modernos é a massa de combustível necessária para o foguete acelerar. Se pudermos de alguma forma usar o ambiente ao redor do foguete como fluido de trabalho e combustível, poderemos reduzir significativamente a massa do foguete e, assim, atingir altas velocidades.

Navios de geração

A viagem interestelar também é possível usando naves estelares que implementam o conceito de “naves de geração” (por exemplo, como as colônias de O'Neil, uma biosfera fechada é criada e mantida, capaz de se manter e se reproduzir por vários milhares de anos). O vôo ocorre em baixa velocidade e dura muito tempo, durante o qual muitas gerações de astronautas conseguem mudar.

Propulsão FTL

Notas

Veja também

Fontes

• Kolesnikov Yu. V. Você deveria construir naves estelares. M., 1990. 207 p. ISBN 5-08-000617-X.
• http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Palestra sobre voos interestelares, sobre aceleração de 100 km/seg perto de estrelas

Digamos que a Terra esteja acabando. O sol está prestes a explodir e um asteroide do tamanho do Texas se aproxima do planeta. As grandes cidades são habitadas por zumbis e, no campo, os agricultores plantam milho intensamente porque outras culturas estão morrendo. Precisamos urgentemente de deixar o planeta, mas o problema é que nenhum buraco de minhoca foi descoberto na região de Saturno e nenhum motor superluminal foi trazido de uma galáxia muito, muito distante. A estrela mais próxima está a mais de quatro anos-luz de distância. A humanidade conseguirá alcançá-lo com a tecnologia moderna? A resposta não é tão óbvia.

É improvável que alguém argumente que um desastre ambiental global que ameaçaria a existência de toda a vida na Terra só pode acontecer nos filmes. Extinções em massa ocorreram mais de uma vez em nosso planeta, durante as quais morreram até 90% das espécies existentes. A Terra passou por períodos de glaciação global, colidiu com asteróides e passou por surtos de atividade vulcânica.

É claro que mesmo durante os momentos mais desastres terríveis a vida nunca desapareceu completamente. Mas o mesmo não se pode dizer das espécies dominantes naquela época, que se extinguiram, dando lugar a outras. Quem é a espécie dominante agora? É isso.

É provável que a oportunidade de sair de casa e ir às estrelas em busca de algo novo possa algum dia salvar a humanidade. No entanto, dificilmente devemos esperar que alguns benfeitores cósmicos abram para nós o caminho para as estrelas. Vale a pena calcular quais são as nossas capacidades teóricas para alcançar as estrelas por conta própria.

Arca Espacial

Em primeiro lugar, vêm à mente os motores tradicionais de tração química. No momento, quatro veículos terrestres (todos lançados na década de 1970) conseguiram desenvolver uma terceira velocidade de escape, suficiente para deixar o sistema solar para sempre.

A mais rápida delas, a Voyager 1, afastou-se da Terra a uma distância de 130 UA nos 37 anos desde o seu lançamento. (unidades astronômicas, ou seja, 130 distâncias da Terra ao Sol). A cada ano, o dispositivo percorre aproximadamente 3,5 UA. A distância até Alfa Centauri é de 4,36 anos-luz, ou 275.725 UA. Nessa velocidade, o aparelho levará quase 79 mil anos para chegar à estrela vizinha. Para dizer o mínimo, será uma longa espera.

Foto da Terra (acima da seta) a uma distância de 6 bilhões de quilômetros, tirada pela Voyager 1. A espaçonave percorreu essa distância em 13 anos.

Você pode encontrar uma maneira de voar mais rápido ou simplesmente resignar-se e voar por vários milhares de anos. Então, apenas os descendentes distantes daqueles que fizeram a viagem chegarão ao ponto final. Essa é justamente a ideia da chamada nave geradora - uma arca espacial, que é um ecossistema fechado projetado para uma longa jornada.

Existem muitas histórias diferentes sobre navios de geração na ficção científica. Harry Garrison (“Captured Universe”), Clifford Simak (“Generation Achieved”), Brian Aldiss (“Non-Stop”) e escritores mais modernos como Bernard Werber (“Star Butterfly”) escreveram sobre eles. Muitas vezes, os descendentes distantes dos primeiros habitantes esquecem completamente de onde vieram e qual foi o propósito de sua viagem. Ou até mesmo começar a acreditar que tudo mundo existente resume-se a um navio, como, por exemplo, no romance Stepchildren of the Universe, de Robert Heinlein. Outra trama interessante é mostrada no oitavo episódio da terceira temporada do clássico Star Trek, onde a tripulação da Enterprise tenta evitar uma colisão entre uma nave de geração, cujos habitantes se esqueceram de sua missão, e o planeta habitado ao qual se dirige. estava indo.

A vantagem do navio de geração é que esta opção não exigirá motores fundamentalmente novos. No entanto, será necessário desenvolver um ecossistema autossustentável que possa sobreviver sem abastecimentos externos durante muitos milhares de anos. E não se esqueça de que as pessoas podem simplesmente matar umas às outras.

A experiência Biosphere-2, realizada no início da década de 1990 sob uma cúpula fechada, demonstrou uma série de perigos que podem aguardar as pessoas durante essas viagens. Isto inclui a rápida divisão da equipa em vários grupos hostis entre si e a proliferação descontrolada de pragas, o que causou falta de oxigénio no ar. Até o vento comum, ao que parece, joga papel vital- sem balanço regular, as árvores tornam-se frágeis e quebram.

A tecnologia que imerge as pessoas em animação suspensa de longo prazo ajudará a resolver muitos dos problemas do voo de longo prazo. Então, nem os conflitos nem o tédio serão assustadores, e será necessário um sistema mínimo de suporte à vida. O principal é fornecer energia por muito tempo. Por exemplo, usando um reator nuclear.

Relacionado ao tema da nave geradora está um paradoxo muito interessante chamado Cálculo de Espera, descrito pelo cientista Andrew Kennedy. De acordo com este paradoxo, durante algum tempo após a partida da nave da primeira geração, novos modos de viagem mais rápidos poderão ser descobertos na Terra, permitindo que as naves posteriores ultrapassem os colonizadores originais. Portanto, é possível que no momento da chegada o destino já esteja superpovoado pelos descendentes distantes dos colonizadores que partiram depois.

Instalações de animação suspensa no filme "Alien".

Montando uma bomba nuclear

Suponha que não estejamos convencidos de que os descendentes de nossos descendentes alcançarão as estrelas e que nós mesmos queiramos expor nosso rosto aos raios do sol de outra pessoa. Neste caso, não se pode prescindir de uma nave espacial capaz de acelerar a velocidades que a levarão a uma estrela vizinha em menos de uma vida humana. E aqui a boa e velha bomba nuclear vai ajudar.

A ideia de tal navio surgiu no final da década de 1950. A espaçonave foi projetada para voos dentro do sistema solar, mas também poderia ser usada para viagens interestelares. O princípio de seu funcionamento é o seguinte: uma poderosa placa blindada é instalada atrás da popa. Cargas nucleares de baixa potência são ejetadas uniformemente da espaçonave na direção oposta ao voo, que são detonadas a uma curta distância (até 100 metros).

As cargas são projetadas de tal forma que a maior parte dos produtos da explosão são direcionados para a cauda da espaçonave. A placa refletiva recebe o impulso e o transmite ao navio através do sistema de amortecedores (sem ela as sobrecargas serão prejudiciais à tripulação). A placa reflexiva é protegida contra danos causados ​​por flashes de luz, radiação gama e plasma de alta temperatura por um revestimento de lubrificante de grafite, que é borrifado novamente após cada detonação.

O projeto NERVA é um exemplo de motor de foguete nuclear.

À primeira vista, tal esquema parece maluco, mas é bastante viável. Durante um dos testes nucleares no Atol Enewetak, esferas de aço revestidas de grafite foram colocadas a 9 metros do centro da explosão. Após testes, eles foram encontrados intactos, o que comprova a eficácia da proteção de grafite para o navio. Mas o Tratado que proíbe testes de armas nucleares na atmosfera, no espaço exterior e debaixo de água, assinado em 1963, pôs fim a esta ideia.

Arthur C. Clarke queria equipar a nave Discovery One do filme 2001: Uma Odisséia no Espaço com algum tipo de motor de explosão nuclear. No entanto, Stanley Kubrick pediu-lhe que abandonasse a ideia, temendo que o público a considerasse uma paródia de seu filme Dr. Strangelove, ou Como parei de ter medo e amei a bomba atômica.

Que velocidade pode ser alcançada usando uma série de explosões nucleares? Existe a maior parte da informação sobre o projeto de explosão Orion, que foi desenvolvido no final da década de 1950 nos EUA com a participação dos cientistas Theodore Taylor e Freeman Dyson. O navio de 400 mil toneladas foi planejado para acelerar a 3,3% da velocidade da luz - então o vôo para o sistema Alpha Centauri duraria 133 anos. Porém, segundo estimativas atuais, de forma semelhante é possível acelerar a nave a 10% da velocidade da luz. Neste caso, o voo durará aproximadamente 45 anos, o que permitirá à tripulação sobreviver até chegar ao destino.

É claro que construir um navio assim é uma tarefa muito cara. Dyson estima que a construção da Orion custaria aproximadamente US$ 3 trilhões em dólares de hoje. Mas se descobrirmos que o nosso planeta enfrenta uma catástrofe global, então é provável que uma nave com motor de impulso nuclear seja a última oportunidade de sobrevivência da humanidade.

Gigante gasoso

Um desenvolvimento adicional das ideias do Orion foi o projeto da espaçonave não tripulada Daedalus, desenvolvida na década de 1970 por um grupo de cientistas da Sociedade Interplanetária Britânica. Os pesquisadores decidiram projetar uma espaçonave não tripulada capaz de alcançar uma das estrelas mais próximas durante a vida humana, realizando pesquisas científicas e transmitindo as informações recebidas para a Terra. A principal condição do estudo foi a utilização de tecnologias existentes ou previsíveis no projeto.

O alvo do voo era a Estrela de Barnard, localizada a 5,91 anos-luz de distância de nós – na década de 1970, acreditava-se que vários planetas giravam em torno desta estrela. Sabemos agora que não existem planetas neste sistema. Os desenvolvedores do Daedalus decidiram criar um motor que pudesse levar o navio ao seu destino em não mais de 50 anos. Como resultado, surgiu a ideia de um aparelho de dois estágios.

A aceleração necessária foi fornecida por uma série de explosões nucleares de baixa potência ocorridas dentro de um sistema de propulsão especial. Grânulos microscópicos de uma mistura de deutério e hélio-3, irradiados com um fluxo de elétrons de alta energia, foram utilizados como combustível. De acordo com o projeto, deveriam ocorrer até 250 explosões por segundo no motor. O bocal era um poderoso campo magnético criado pelas usinas de energia do navio.

De acordo com o plano, o primeiro estágio da nave funcionou durante dois anos, acelerando a nave a 7% da velocidade da luz. O Daedalus então descartou seu sistema de propulsão gasto, livrando-se da maior parte de sua massa, e disparou seu segundo estágio, o que lhe permitiu acelerar até uma velocidade final de 12,2% da velocidade da luz. Isso tornaria possível chegar à Estrela de Barnard 49 anos após o lançamento. Levaria mais 6 anos para transmitir o sinal para a Terra.

A massa total do Daedalus era de 54 mil toneladas, das quais 50 mil eram combustível termonuclear. No entanto, o suposto hélio-3 é extremamente raro na Terra – mas é abundante nas atmosferas dos gigantes gasosos. Portanto, os autores do projeto pretendiam extrair hélio-3 em Júpiter por meio de uma planta automatizada “flutuando” em sua atmosfera; todo o processo de mineração levaria aproximadamente 20 anos. Na mesma órbita de Júpiter, estava prevista a realização da montagem final da nave, que seria então lançada para outro sistema estelar.

O elemento mais difícil de todo o conceito Daedalus foi precisamente a extração de hélio-3 da atmosfera de Júpiter. Para isso, foi necessário voar até Júpiter (o que também não é tão fácil e rápido), estabelecer uma base em um dos satélites, construir uma usina, armazenar combustível em algum lugar... E isso sem falar na poderosa radiação cinturões em torno do gigante gasoso, o que também tornaria a vida mais difícil para a tecnologia e os engenheiros.

Outro problema era que Dédalo não tinha a capacidade de desacelerar e entrar em órbita ao redor da Estrela de Barnard. A nave e as sondas que ela lançou simplesmente passariam pela estrela ao longo do caminho de sobrevoo, cobrindo todo o sistema em poucos dias.

Agora, um grupo internacional de vinte cientistas e engenheiros, operando sob os auspícios da Sociedade Interplanetária Britânica, está a trabalhar no projecto da nave espacial Icarus. “Icarus” é uma espécie de “remake” de Daedalus, tendo em conta o conhecimento e a tecnologia acumulados ao longo dos últimos 30 anos. Uma das principais áreas de trabalho é a busca por outros tipos de combustível que possam ser produzidos na Terra.

Na velocidade da luz

É possível acelerar uma nave espacial à velocidade da luz? Este problema pode ser resolvido de várias maneiras. O mais promissor deles é um motor de aniquilação de antimatéria. O princípio de seu funcionamento é o seguinte: a antimatéria é alimentada na câmara de trabalho, onde entra em contato com a matéria comum, gerando uma explosão controlada. Os íons gerados durante a explosão são ejetados pelo bocal do motor, criando empuxo. De todos os motores possíveis, a aniquilação teoricamente permite atingir as velocidades mais altas. A interação de matéria e antimatéria libera uma quantidade colossal de energia, e a velocidade de saída das partículas formadas durante esse processo é próxima à da luz.

Mas aqui surge a questão da extração de combustível. A própria antimatéria há muito deixou de ser ficção científica - os cientistas conseguiram sintetizar o anti-hidrogênio pela primeira vez em 1995. Mas é impossível obtê-lo em quantidades suficientes. Atualmente, a antimatéria só pode ser produzida por meio de aceleradores de partículas. Além disso, a quantidade de substância que criam é medida em minúsculas frações de gramas e o seu custo é astronômico. Por um bilionésimo de grama de antimatéria, os cientistas do Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (o mesmo onde criaram o Grande Colisor de Hádrons) tiveram que gastar várias centenas de milhões de francos suíços. Por outro lado, o custo de produção irá diminuir gradualmente e no futuro poderá atingir valores muito mais aceitáveis.

Além disso, teremos que descobrir uma forma de armazenar a antimatéria - afinal, ao entrar em contato com a matéria comum, ela é instantaneamente aniquilada. Uma solução é resfriar a antimatéria a temperaturas ultrabaixas e usar armadilhas magnéticas para evitar que ela entre em contato com as paredes do tanque. O tempo atual de armazenamento de registros de antimatéria é de 1.000 segundos. Não anos, claro, mas tendo em conta o facto de que a primeira vez que a antimatéria esteve contida durante apenas 172 milissegundos, há progresso.

E ainda mais rápido

Numerosos filmes de ficção científica nos ensinaram que é possível chegar a outros sistemas estelares muito mais rápido do que em alguns anos. Basta ligar o motor de dobra ou o hiperespaço, sentar-se confortavelmente em sua cadeira - e em poucos minutos você estará do outro lado da galáxia. A teoria da relatividade proíbe viajar a velocidades superiores à velocidade da luz, mas ao mesmo tempo deixa lacunas para contornar essas restrições. Se pudessem destruir ou esticar o espaço-tempo, poderiam viajar mais rápido que a luz sem violar nenhuma lei.

Uma lacuna no espaço é mais conhecida como buraco de minhoca ou buraco de minhoca. Fisicamente, é um túnel que liga duas regiões remotas do espaço-tempo. Por que não usar esse túnel para viajar ao espaço profundo? O fato é que a criação de tal buraco de minhoca requer a presença de duas singularidades em diferentes pontos do universo (isto é o que está localizado além do horizonte de eventos dos buracos negros - na verdade, a gravidade em sua forma mais pura), que podem rasgar espaço-tempo, criando um túnel que permite aos viajantes "atalharem através do hiperespaço".

Além disso, para manter tal túnel em estado estável, ele deve ser preenchido com matéria exótica com energia negativa, e a existência de tal matéria ainda não foi comprovada. Em qualquer caso, apenas uma supercivilização pode criar um buraco de minhoca, que estará muitos milhares de anos à frente do atual em desenvolvimento e cujas tecnologias, do nosso ponto de vista, serão semelhantes à magia.

A segunda opção, mais acessível, é “esticar” o espaço. Em 1994, o físico teórico mexicano Miguel Alcubierre propôs que era possível alterar sua geometria criando uma onda que comprimisse o espaço na frente da nave e o expandisse atrás. Assim, a nave estelar se encontrará em uma “bolha” de espaço curvo, que por sua vez se moverá mais rápido que a luz, graças à qual a nave não violará princípios físicos fundamentais. Segundo o próprio Alcubierre, .

É verdade que o próprio cientista considerou que seria impossível implementar tal tecnologia na prática, pois isso exigiria uma quantidade colossal de energia em massa. Os primeiros cálculos deram valores superiores à massa de todo o Universo existente, os refinamentos subsequentes reduziram-no a “apenas” Júpiteriano.

Mas em 2011, Harold White, que dirige o grupo de pesquisa Eagleworks da NASA, realizou cálculos que mostraram que, se alguns parâmetros forem alterados, a criação de uma bolha de Alcubierre poderá exigir muito menos energia do que se pensava anteriormente, e não será mais necessário reciclar todo o planeta. Agora o grupo de White está a trabalhar na possibilidade de uma “bolha de Alcubierre” na prática.

Se as experiências produzirem resultados, este será o primeiro pequeno passo para a criação de um motor que permita viajar 10 vezes mais rápido que a velocidade da luz. É claro que uma nave espacial que utilize a bolha de Alcubierre viajará muitas dezenas, ou mesmo centenas de anos depois. Mas a própria perspectiva de que isso seja realmente possível já é de tirar o fôlego.

Vôo da Valquíria

Quase todos os projetos de naves estelares propostos têm uma desvantagem significativa: pesam dezenas de milhares de toneladas e sua criação requer um grande número de lançamentos e operações de montagem em órbita, o que aumenta o custo de construção em uma ordem de magnitude. Mas se a humanidade aprender a obter grandes quantidades de antimatéria, terá uma alternativa a estas estruturas volumosas.

Na década de 1990, o escritor Charles Pelegrino e o físico Jim Powell propuseram um projeto de nave estelar conhecido como Valquíria. Pode ser descrito como algo parecido com um trator espacial. O navio é uma combinação de dois motores de aniquilação conectados entre si por um cabo superforte de 20 quilômetros de comprimento. No centro do pacote existem vários compartimentos para a tripulação. A nave usa o primeiro motor para atingir a velocidade próxima da luz e o segundo para reduzi-la ao entrar em órbita ao redor da estrela. Graças ao uso de um cabo em vez de uma estrutura rígida, a massa do navio é de apenas 2.100 toneladas (para efeito de comparação, a ISS pesa 400 toneladas), das quais 2.000 toneladas são motores. Teoricamente, tal nave pode acelerar a uma velocidade de 92% da velocidade da luz.

Uma versão modificada desta nave, chamada Venture Star, é mostrada no filme Avatar (2011), do qual Charles Pelegrino foi um dos consultores científicos. Venture Star parte em uma jornada, impulsionada por lasers e uma vela solar de 16 quilômetros, antes de parar em Alpha Centauri usando um motor de antimatéria. No caminho de volta a sequência muda. A nave é capaz de acelerar até 70% da velocidade da luz e chegar a Alfa Centauri em menos de 7 anos.

Sem combustível

Os motores de foguete existentes e futuros têm um problema: o combustível sempre representa a maior parte de sua massa no lançamento. No entanto, existem projetos de naves estelares que não precisarão levar combustível consigo.

Em 1960, o físico Robert Bussard propôs o conceito de um motor que usaria o hidrogênio encontrado no espaço interestelar como combustível para um motor de fusão. Infelizmente, apesar da atratividade da ideia (o hidrogênio é o elemento mais abundante no Universo), ela apresenta uma série de problemas teóricos, que vão desde o método de coleta do hidrogênio até a velocidade máxima estimada, que dificilmente ultrapassará 12% da luz. velocidade. Isso significa que levará pelo menos meio século para voar até o sistema Alpha Centauri.

Outro conceito interessante é a utilização de uma vela solar. Se um laser enorme e superpoderoso fosse construído na órbita da Terra ou na Lua, sua energia poderia ser usada para acelerar uma nave estelar equipada com uma vela solar gigante a velocidades bastante altas. No entanto, de acordo com os cálculos dos engenheiros, para dar a um navio tripulado de 78.500 toneladas metade da velocidade da luz, será necessária uma vela solar com um diâmetro de 1.000 quilômetros.

Outro problema óbvio com uma nave estelar com vela solar é que ela precisa ser desacelerada de alguma forma. Uma de suas soluções é lançar uma segunda vela menor atrás da nave ao se aproximar do alvo. O principal se desconectará do navio e continuará sua jornada independente.

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A viagem interestelar é uma tarefa muito complexa e cara. Criar uma nave capaz de cobrir distâncias espaciais em um período de tempo relativamente curto é uma das tarefas mais ambiciosas que a humanidade enfrentará no futuro. É claro que isso exigirá os esforços de vários estados, senão de todo o planeta. Agora isto parece uma utopia – os governos têm demasiadas coisas com que se preocupar e demasiadas formas de gastar dinheiro. Um voo para Marte é milhões de vezes mais simples do que um voo para Alfa Centauri - e, no entanto, é improvável que alguém se atreva a nomear o ano em que acontecerá.

O trabalho nesta direção pode ser reavivado quer por um perigo global que ameaça todo o planeta, quer pela criação de uma civilização planetária única que possa superar disputas internas e queira sair do seu berço. O momento para isso ainda não chegou - mas isso não significa que nunca chegará.