Eine neue Studie zeigt, dass Raumfahrzeuge aus Kohlenstoffschaumblasen in „nur“ 185 Jahren von der Erde nach Alpha Centauri fliegen können, nur angetrieben von der Energie der Sonne.
Ein Schwarm dieser Kohlenstoffschaumsonden (genauer gesagt mit Airbrush) könnte das interstellare Reisen beschleunigen oder dabei helfen, das Geheimnisvolle aufzudecken und zu untersuchen Planet X. unseres Sonnensystems, wenn es existiert.
Herkömmliche Raketen, die durch chemische Reaktionen angetrieben werden, sind derzeit die Hauptform des Weltraumantriebs. Sie sind jedoch bei weitem nicht so effizient wie das Erreichen eines anderen Sterns innerhalb eines Menschenlebens.
Zum Beispiel ist Alpha Centauri, das erdnächste Sternensystem, etwa 4,37 Lichtjahre entfernt – mehr als 25,6 Billionen Meilen (41,2 Billionen Kilometer) oder etwa 276.000 Mal die Entfernung von der Erde in der Sonne. Die Raumsonde Voyager 1 der NASA, die 1977 gestartet wurde und sich seit 2012 im interstellaren Raum befindet, Es würde ungefähr 75.000 Jahre dauern, um Alpha Centauri zu erreichen wenn die Sonde in die richtige Richtung zeigte (was NICHT der Fall ist).
Das Problem? Es ist das Treibmittel
Alle konventionellen Triebwerke von Raumfahrzeugen verwenden ein Treibmittel. Lange interstellare Reisen erfordern viel Treibstoff, was das Raumfahrzeug schwer macht (und daher mehr Treibstoff benötigt und so weiter in einer Schleife). Ein Problem, das sich mit zunehmender Größe exponentiell verschlimmert, kurz gesagt.
Reiselicht
Frühere Forschungen haben daher nahegelegt, dass "Lichtnavigation" eine der wenigen technisch machbaren Methoden sein könnte, um eine Sonde im Laufe eines Menschenlebens zu einem anderen Stern zu bringen.
Obwohl Licht nicht viel Druck ausübt, haben Wissenschaftler festgestellt, dass das Wenige, das es ausübt, eine große Wirkung haben könnte. In der Tat haben zahlreiche Experimente gezeigt, dass "Sonnensegel" sich auf Sonnenlicht als Antrieb verlassen können, wenn ein ausreichend großer Spiegel und ein ausreichend leichtes Raumschiff vorhanden sind.
Durchbruch Starshot: unten mit Weltraumschmetterlingen
Die Initiative Durchbruch Starshot 100 Millionen US-Dollar, das 2016 angekündigt wurde, zielt darauf ab, Schwärme von Raumfahrzeugen in Mikrochipgröße auf Alpha Centauri zu starten, jedes mit außergewöhnlich dünnen und unglaublich reflektierenden Segeln. Der Plan sieht vor, dass diese kleinen „Weltraumschmetterlinge“ mit bis zu 20 % Lichtgeschwindigkeit fliegen und in etwa 20 Jahren Alpha Centauri erreichen.
Ein Nachteil des Starshot-Projekts besteht darin, dass es das leistungsstärkste Laserarray erfordert, das jemals gebaut wurde, um Flugzeuge nach außen zu schieben. Nicht nur, dass die Technologie zum Bau dieses Arrays derzeit nicht existiert, sondern die geschätzten Gesamtkosten des Projekts zur Beschleunigung der interstellaren Reise könnten zwischen 5 und 10 Milliarden US-Dollar liegen.
Die Alternative: Kohleschaumblasen
In der neuen Studie schlugen Astrophysiker vor, dass eine billigere Option spezielle "Blasen" aus Kohlenstoffschaum beinhalten könnte.
Die Forscher fanden heraus, dass Sonden aus diesem Material die interstellare Bewegung schneller machen können als jede Rakete, die ausschließlich von Sonnenlicht angetrieben wird, ohne dass ein riesiger Laser erforderlich ist.
Um eine Möglichkeit zu entwickeln, wie Sonnenlicht ein leichtes Segel mit nützlichen interstellaren Geschwindigkeiten antreiben kann, analysierten die Forscher frühere wissenschaftliche Forschungen auf starke, leichte Materialien.
Sie entschieden sich für Airbrushite, einen Kohlenstoffschaum, der 15.000 Mal leichter als Aluminium ist.
Die Wunder des Airbrushens
Wissenschaftler haben berechnet, dass eine Airbrush-Hohlkugel mit einem Durchmesser von etwa 1 Meter und einer 1 Mikrometer dicken Schale (etwa 1 % der Breite eines durchschnittlichen menschlichen Haares) nur fünf Millionstel Pfund (2,3 Milligramm) wiegen würde.
Wenn eine solche Kugel mit 0,035 Unzen (1 Gramm) Nutzlast etwa eine astronomische Einheit (AE) von der Sonne entfernt würde, würde das Sonnenlicht sie mit einer Geschwindigkeit von bis zu etwa 114.000 mph (183.600 Kilometer pro Stunde) antreiben, das Dreifache von Reisender 1.
(Eine AU ist die mittlere Erde-Sonne-Entfernung, die ungefähr 93 Millionen km beträgt.)
Eine solche Kugel würde nur 3,9 Jahre brauchen, um Plutos Umlaufbahn zu erreichen.
Wenn eine solche Kugel etwa 0,04 astronomische Einheiten von der Sonne entfernt wäre (näher als die Parker-Sonnensonde der NASA), würde das intensivere Sonnenlicht das Raumschiff auf fast 15,4 Millionen Kilometer pro Stunde beschleunigen. ).
Es könnte in 4,2 Jahren die Entfernung von 185 Lichtjahren zwischen der Erde und Proxima Centauri, dem unserem Sonnensystem am nächsten gelegenen Stern, zurücklegen.
Reisen "in einer Blase" zwischen den Sternen
Je größer die Kugel, desto schneller könnte sie gehen oder desto mehr Nutzlast könnte sie tragen.
Was mich an unseren Ergebnissen überrascht, ist die Tatsache, dass die Ausgangsleistung eines Sterns, in unserem Fall der Sonne, verwendet werden kann, um eine interstellare Sonde zu den nächsten Sternen zu treiben, ohne dass eine zusätzliche Stromquelle an Bord erforderlich ist.
René Heller, Astrophysiker am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, Deutschland.
Forscher haben vorgeschlagen, dass diese Raumfahrzeuge möglicherweise einen 32-Watt-Laser mit einem Gewicht von nur 1 Tausendstel Pfund (XNUMX Gramm) tragen könnten.
Trotz seines Gewichts könnte dieser Laserstrahl den Forschern helfen, Gravitationseffekte zu erkennen. Letzteres wiederum könnte dazu beitragen, das Vorhandensein von Welten aufzudecken, die sonst zu dunkel und kalt sind, um sie zu entdecken, wie zum Beispiel der hypothetische Planet X, sagt Heller.
Kohlenstoffschaumblasen: Kosten
Wissenschaftler haben geschätzt, dass die Entwicklung eines Prototyps von Kohlenstoffschaum-Raumblasen 1 Million US-Dollar kosten könnte.
Jedes Raumschiff aus Kohlenstoffschaum könnte dann für etwa 1.000 USD oder weniger gebaut werden. Ein Start zum Einsatz und Testen dieser Boote könnte rund 10 Millionen US-Dollar kosten.
Kohlenstoffschaumblasen: Welche Risiken?
Das größte Risiko bei diesem Projekt besteht jetzt darin, dass niemand jemals eine Airbrush-Struktur gebaut hat, die größer als ein paar Zentimeter ist. Und wir brauchen etwas, das ein paar Meter lang ist.
Die Forscher stehen jedoch in Kontakt mit Experimentatoren, die vermuten, dass die Schaffung derart großer Strukturen grundsätzlich möglich ist.
Ein weiteres Problem von nicht geringer Bedeutung ist das Management. Derzeit gibt es keine Möglichkeit, die Flugbahn von Blasen zu kontrollieren, sobald sie eingesetzt wurden.
Marslieferung
Wenn die Elektronik und Ausrüstung an Bord ein aktives Manövrieren erlauben würden, „wäre es möglich, in wenigen Wochen kleine Massen (1 bis 100 Gramm) zwischen Erde und Mars zu transportieren“, sagt Heller. Die Bewohner der Colonie Sie könnten diese schöne Telefonabdeckung bei Amazon Mars bestellen lassen
Forscher führen derzeit Experimente durch, um zu testen, wie gut Aerographit Licht absorbiert und reflektiert. Sie haben ihre Ergebnisse letzten Monat online detailliert in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics.
Kurz gesagt, konventionelle Raketen werden in Zukunft Kohlenstoffschaumblasen in den Weltraum befördern. Und das Sonnenlicht wird sie zwischen den Sternen treiben.
