Los diez inventos tecnológicos más importantes del mundo necesarios para el futuro (navegación interestelar) 10
Navegación interestelar
La navegación interestelar es un viaje tripulado o no tripulado entre estrellas. La navegación interestelar se realiza a través de naves espaciales estelares. Aparece en novelas de ciencia ficción Debido a que la distancia es muy grande, el viaje interestelar. Aún más difícil de lograr que viajar entre sistemas solares. Es concebible que si se pudieran diseñar naves espaciales interestelares, la gente podría viajar a otro mundo distante en muy poco tiempo, descubrir nuevos horizontes y expandir nuevas colonias en el espacio exterior. ¿Cómo se logrará esto? Actualmente, el Proyecto Breakthrough Propulsion Physics de la NASA identifica claramente dos avances tecnológicos necesarios para hacer posible los viajes interestelares: agregar tantas formas de lograr la máxima velocidad de propulsión como sea posible y nueva producción de energía a bordo para impulsar los viajes interestelares en los aviones.
Navegación interplanetaria e interestelar son los nombres colectivos de la navegación interplanetaria e interestelar. La navegación interplanetaria se refiere a la navegación dentro del sistema solar y la navegación interestelar se refiere al vuelo en el espacio interestelar fuera del sistema solar. Se ha logrado la navegación interplanetaria no tripulada, pero la navegación interestelar aún se encuentra en la etapa de exploración. Para acercar la nave espacial a la velocidad de la luz, la velocidad del chorro del cohete debe aumentarse hasta acercarse a la velocidad de la luz.
Introducción básica
Se sabe que el radio orbital del planeta más externo del sistema solar (Plutón) es de 6 mil millones de kilómetros, y que la estrella más cercana a la Tierra (la Centaur Voyager La sonda Próxima Centauri está a 4,22 años luz de la Tierra, o unos 40 billones de kilómetros, y otras estrellas y galaxias están aún más lejos. El alcance del universo que hoy podemos observar es de unos 10 mil millones de años luz. Podemos salir del sistema solar a la velocidad que puede alcanzar la tecnología de cohetes actual (20 kilómetros por segundo), pero no podemos lograr la navegación interestelar. Porque se necesitarían unos 65.000 años para viajar a la estrella más cercana, Próxima Centauri, a esta velocidad. Sólo cuando una nave espacial alcanza una velocidad cercana a la velocidad de la luz, la navegación interestelar puede tener importancia práctica.
Exploración y desarrollo
Se ha realizado la navegación interplanetaria no tripulada, mientras que la navegación interestelar aún se encuentra en la etapa de exploración. Si se utiliza la órbita de Plutón como límite del sistema solar, el radio del sistema solar es de unos 6 mil millones de kilómetros. A excepción del Sol, la distancia de Próxima Centauri, la estrella más cercana a la Tierra, es de 4,22 años luz (1 año luz equivale a 9,46 · 1012 kilómetros), lo que equivale aproximadamente a 40 billones de kilómetros, lo que equivale a 270.000 veces la distancia entre la tierra y el sol, otras estrellas y galaxias están más lejos. El alcance del universo que la gente puede observar actualmente es de unos 10 mil millones de años luz. Puede salir del sistema solar a la velocidad que puede alcanzar la tecnología de cohetes moderna (unos 20 kilómetros por segundo), pero no puede lograr la navegación interestelar. Porque a esta velocidad se necesitarían unos 65.000 años para llegar a la estrella más cercana, "Próxima Centauri", y unos 130.000 años para llegar a Sirio. Sólo cuando una nave espacial alcanza una velocidad cercana a la velocidad de la luz, la navegación interestelar puede tener importancia práctica. Para acercar la nave espacial a la velocidad de la luz, la velocidad del chorro del cohete debe aumentarse a un nivel cercano a la velocidad de la luz. Pero incluso si la energía generada por la reacción de fusión del hidrógeno se convierte en energía cinética, la velocidad del chorro sólo puede alcanzar el 5% de la velocidad de la luz. Si la velocidad de la nave espacial alcanza 0,8 veces la velocidad de la luz a esa velocidad del chorro, la masa de la nave espacial cuando despegue será 3,48 mil millones de veces la masa de la nave espacial, lo cual es una proporción de masa grande inalcanzable.
Situación actual
La velocidad de los motores de cohetes químicos, motores de cohetes nucleares y motores de cohetes eléctricos utilizados en el sector aeroespacial en esta etapa es sólo decenas de miles de veces la velocidad de la luz. Los sistemas de propulsión previstos que podrían usarse para la futura navegación interestelar incluyen:
① Motor de fusión nuclear pulsante: convierte el combustible nuclear en muchas partículas pequeñas en "bombas de hidrógeno en miniatura" y las calienta con láser o rayos de partículas. A altas temperaturas, hace que una bomba de hidrógeno en miniatura explote, produciendo una onda de choque y un flujo de partículas, lo que hace que se expulse en una dirección determinada y se produzca un empuje de reacción. La ignición de "microbombas de hidrógeno" una por una puede obtener un empuje sostenido pulsante.
② Motor estatorreactor interestelar: se instala un enorme colector frente a la nave espacial interestelar, que inhala continuamente hidrógeno del espacio interestelar durante la navegación y utiliza el isótopo de hidrógeno deuterio para proporcionar combustible para el motor de fusión nuclear. Pero se calcula que un colector de este tipo tiene miles de kilómetros de diámetro. Algunas personas imaginan la creación de un campo magnético artificial a gran escala frente a la nave espacial para formar un colector invisible, utilizando líneas magnéticas para capturar iones de hidrógeno en el espacio interestelar.
③ Motor cohete de fotones: Según la famosa fórmula de Einstein masa-energía: energía = masa (velocidad de la luz) 2, utilizando la interacción entre materia y antimateria, toda su masa es aniquilada y convertida en energía luminosa. . La reacción entre protones y antiprotones en el motor produce un flujo de fotones. El flujo de fotones es expulsado de la boquilla del cohete a la velocidad de la luz, generando una fuerza de reacción para empujar el cohete hacia adelante. La idea de los cohetes de fotones se propuso ya en 1953, pero la generación, el almacenamiento y el uso de antimateria, el diseño y control de motores y la fabricación de reflectores de gran superficie no son problemas que puedan resolverse en poco tiempo. de tiempo. Según la teoría especial de la relatividad de Einstein, en una nave espacial que vuela cerca de la velocidad de la luz, el proceso del tiempo es mucho más lento que en la Tierra. Este efecto se llama efecto de retardo de tiempo. Supongamos que T es el tiempo en la nave espacial, Te es el tiempo en la Tierra, V es la velocidad de la nave espacial y C es la velocidad de la luz, entonces existe una relación: por ejemplo: cuando V es 0,9 C, T es 0,436Te; cuando V es 0,9999995C. Según este efecto, el tiempo en la nave espacial es sólo una milésima parte del tiempo en la Tierra. De esta manera, será posible completar un viaje interestelar hacia y desde una estrella distante durante la vida humana.