10 voorgestelde oplossingen voor de problemen van interstellaire reizen

Op dit moment is interstellaire reizen en kolonisatie vrij onwaarschijnlijk. Basiswetten van de natuurkunde suggereren dat het gewoon niet kan worden gedaan, en voor veel mensen betekent dit dat het nooit zal worden gedaan. Die mensen zijn niet leuk. Anderen zijn idealistischer, op zoek naar manieren om de wetten van de natuurkunde te doorbreken (of op zijn minst een maas in de wet te vinden) die ons in staat stellen om naar verre sterren te reizen en hele nieuwe werelden te verkennen.

10 Alcubierre Warp Drive

Alles wat 'warp drive' wordt genoemd, klinkt misschien alsof het thuis is Star Trek dan in NASA. Desalniettemin is de Alcubierre Warp Drive een idee dat ze rondscharrelen als een mogelijke oplossing (of op zijn minst het begin van een oplossing) om de beperkingen van het universum te overwinnen als het gaat om sneller bewegen dan om licht.

De basis van het idee is vrij eenvoudig en NASA gebruikt het voorbeeld van een bewegende loopbrug om het uit te leggen. Terwijl een persoon zo snel kan lopen op een bewegende loopbrug, betekent de gecombineerde snelheid van de persoon en de loopbrug dat ze sneller tot het einde komen dan dat ze alleen zouden doen. De loopbrug is de warpdrive en beweegt zich voort in ruimte-tijd binnen een soort bel van expansie. Voor de warpaandrijving wordt ruimte-tijd gecontracteerd. Daarachter is het uitgebreid. Dit zou, in theorie, de aandrijving moeten toestaan ​​alles wat erin is sneller te bewegen dan de snelheid van het licht. Een van de belangrijkste principes, dat van het uitbreiden van de ruimtetijd, is al verkend als wat het universum in staat stelde om zo snel uit te breiden in de momenten na de oerknal. Daarom zou het in theorie mogelijk moeten zijn om dit te doen.

Meer gecompliceerd is het maken van de warp-aandrijving zelf, waarvan NASA zegt dat deze een enorme zak met negatieve energie rond het voertuig zou vereisen. Ze weten niet zeker of dat ook maar mogelijk is. (Hun laatste antwoord op het onderwerp was een volmondig: "Ik weet het niet ... misschien?"). Bovendien, het manipuleren van ruimte-tijd dwingt je tot zelfs lastiger vragen over tijdreizen, het aandrijven van de negatieve energiebubbel, en hoe het aan te zetten. en uit.

Het idee was het geesteskind van natuurkundige Miguel Alcubierre, die ook de capaciteiten van de kettingaandrijving verklaarde als een beetje alsof hij in ruimte-tijd over golven heen springt in plaats van de lange weg te nemen. Technisch gezien zou het de wetten van sneller dan licht reizen niet overtreden, en hij heeft zelfs de wiskunde gedaan om de theorie te ondersteunen.

9 Het interstellaire internet

Het is al erg genoeg als je verdwaald bent op aarde en Google Maps niet kunt laden op je smartphone. Interstellaire reizen zouden slechter zijn en allerlei andere communicatievraagstukken presenteren. Om daar weg te komen is slechts de eerste stap en wetenschappers kijken naar wat er precies gaat gebeuren als onze bemande en onbemande sondes een manier nodig hebben om een ​​boodschap terug naar de aarde te krijgen.

In 2008 voerde NASA de eerste succesvolle tests uit op een interstellaire versie van het internet. Het project startte in 1998 als een samenwerking tussen het Jet Propulsion Laboratory (JPL) en Google van NASA. Tien jaar later hadden ze het zogenaamde Disruption-Tolerant Networking (DTN) -systeem, waarmee ze afbeeldingen konden verzenden naar een ruimtevaartuig dat 20 miljoen mijl verderop ligt.

De technologie moest lange vertragingen en verstoringen in transmissies aankunnen, zodat het doorgaat met doorvoer, zelfs wanneer het signaal tot 20 minuten wordt onderbroken. Het kan door alles heen komen, van alles, van zonnevlammen en zonnestormen tot vervelende planeten die de overdracht in de weg zitten zonder de informatie die het verzendt te verliezen.

Volgens Vint Cerf, een van de grondleggers van ons aardgebonden internet en pionier van een interstellaire internet, overwint het DTN-systeem alle problemen die het traditionele TCIP / IP-protocol heeft wanneer het te maken heeft met de afstanden die betrokken zijn bij interplanetair reizen. Met TCIP / IP zou het waarschijnlijk zo lang duren voordat een Google-zoekopdracht op Mars zou hebben plaatsgevonden dat de resultaten tegen de tijd dat ze terugkwamen veranderd zouden zijn, en ze zouden hoogstwaarschijnlijk slechts een verminkte stapel gebroken informatiepakketten zijn. Met DTN hebben ze iets behoorlijk wild toegevoegd: de mogelijkheid om verschillende domeinnamen toe te wijzen aan verschillende planeten en om te kiezen op welke planeet je je internetzoekopdrachten en verkeer wilt routeren.

Dus wat als we verder gaan dan de planeten die we al kennen? Wetenschappelijke Amerikaan suggereert dat er misschien een manier is, zij het een enorm dure, tijdrovende manier, om een ​​internet te creëren dat helemaal tot Alpha Centauri reikt. Door een reeks zelf-replicerende von Neumann-sondes te lanceren (daarover later meer), kan een lange reeks van relay-stations worden gemaakt, die informatie kunnen verzenden langs wat in wezen een interstellaire kettingbrief zou zijn. Het signaal geperfectioneerd in ons eigen systeem zou stuiteren tussen de sondes en uiteindelijk terug naar de aarde of, afhankelijk van de richting, naar Alpha Centauri. Toegegeven, dat gaat heel wat sonderingen kosten, die elk miljarden kosten om te bouwen en te lanceren. Natuurlijk, gezien het feit dat de meest verre van de sondes zijn doel niet voor duizenden jaren zouden bereiken, zouden we tijd hebben om geld te besparen en, vermoedelijk, de technologie te verbeteren en de prijs te verlagen.

8 Embryo Space Colonization

Een van de grote problemen met interstellair reizen, en uiteindelijk kolonisatie, is de enorme hoeveelheid tijd die het ons kost om ergens te komen, zelfs met handige speelgoed zoals voorgestelde warp drives. Hoe je een groep kolonisten naar hun bestemming kunt krijgen, biedt een hele reeks nieuwe problemen, en een van de voorgestelde plannen om een ​​bekwame groep kolonisten te creëren, is om niet volledig bemande schepen te sturen, maar eerder schepen met embryo's te laten zaaien. Zodra het schip een geschikte afstand van zijn bestemming heeft bereikt, zullen de bevroren embryo's beginnen te groeien. Uiteindelijk worden het kinderen die op het schip worden opgevoed en wanneer ze eindelijk hun bestemming bereiken, zijn ze in staat om een ​​nieuwe beschaving te vestigen.

Dit heeft natuurlijk een hele reeks andere problemen, zoals wie of wat de verhoging gaat doen. Robots kunnen worden gebruikt om de kinderen groot te brengen, wat een aantal fascinerende vragen oproept over wat mensen die volledig door robots worden grootgebracht, zouden zijn. Zouden robots kunnen begrijpen wat een kind nodig heeft om te groeien en te gedijen? Kunnen zij straffen, beloningen en menselijke emoties begrijpen? Bovendien gaat het hele idee ervan uit dat we honderden jaren lang onbeschadigde ingevroren embryo's bewaren en kweken in een kunstmatige omgeving. We hebben dat echter met haaien weten te beheersen, dus we mogen niet te ver achterblijven in het grote geheel van dingen.

Een voorgestelde oplossing die het zogenaamde robot-nanny-probleem zou omzeilen, is om een ​​combinatie te maken van een zaaischijf en een slaper, waarbij volwassenen worden gehouden in een soort van opgeschorte animatie, gewekt wanneer ze nodig zijn om de kinderen te helpen opvoeden. geboren uit het zaadschip. Een reeks kinderjaren, onderbroken door een terugkeer naar de winterslaap, zou in theorie kunnen resulteren in een stabiele populatie. Een zorgvuldig opgebouwde reeks embryo's zou voldoende genetische diversiteit garanderen om de bevolking op een min of meer normale manier te laten doorgaan nadat een nieuwe kolonie is gevestigd. Een extra partij embryo's zou ook worden opgenomen in het zaadschip, dat op zijn beurt zou worden gebruikt om de eerste generatie vrouwen van de kolonie te impregneren, waardoor de genenpool verder wordt gediversifieerd.

7 Zelfreparerend ruimtevaartuig

Alles wat we bouwen en naar de ruimte sturen heeft duidelijk problemen, en het maken van dingen die miljoenen kilometers moeten duren zonder te verbranden of af te breken, lijkt een vrij onmogelijke hindernis, maar het antwoord is misschien al tientallen jaren ontdekt geleden. In de jaren 40 stelde natuurkundige John von Neumann een mechanische technologie voor die zichzelf zou kunnen repliceren, en terwijl hij het idee niet toepaste op interstellaire reizen, begonnen de mensen na hem op die manier te kijken. De resulterende von Neumann-sondes zouden in theorie kunnen worden gebruikt om uitgestrekte, interstellaire gebieden te verkennen. Volgens sommige onderzoekers is het idee dat we de eerste zijn om dit idee te bedenken niet alleen nogal pompeus van ons, maar ook vrij onwaarschijnlijk.

Onderzoekers van de Universiteit van Edinburgh publiceerden bevindingen in de International Journal of Astrobiology, niet onderzoeken hoe we deze bloeiende technologie kunnen gebruiken voor onze eigen verkenning, maar eerder de waarschijnlijkheid dat iemand anders dat al eerder heeft gedaan. Voortbouwend op eerdere berekeningen die inschatten in hoeverre vaartuigen verschillende soorten reizen konden gebruiken, keken de onderzoekers hoe de vergelijking zou veranderen als deze zou worden toegepast op zelfreplicerende vaartuigen en sondes.

Ze baseerden hun berekeningen op zelfreplicerende sondes die puin en ander materiaal in de ruimte konden gebruiken om zogenoemde kindsondes te bouwen. Deze ouder- en kind-sondes zouden zich vermenigvuldigen tot een voldoende groot aantal dat ze in ongeveer 10 miljoen jaar in staat zouden zijn om het hele melkwegstelsel te bedekken - en dat is als ze slechts met ongeveer 10 procent de lichtsnelheid aflegden. Dit betekent op zijn beurt dat het ongelooflijk waarschijnlijk is dat we op een gegeven moment zouden zijn bezocht door een soort van zelfreplicerende sondes. Omdat we niet denken dat we dat hebben, zeggen ze dat er maar twee verklaringen zijn: we zijn niet technologisch geavanceerd genoeg om te weten waar we naar kijken, of we zijn echt alleen in de melkweg.

6 Black Hole-katapulten

Het idee om de zwaartekracht van een planeet of maan te gebruiken om een ​​soort slingshot eromheen te maken, is meer dan eens gebruikt in ons eigen zonnestelsel, met name door Voyager 2, die een extra duw kreeg van de eerste Saturnus en vervolgens Uranus op zijn weg uit de systeem. Het idee omvat het manoeuvreren van een vaartuig om een ​​toename (of afname) in snelheid te krijgen terwijl het navigeert door het zwaartekrachtveld van een planeet. Het basisidee is ook een favoriet geweest in science fiction-werken.

Schrijver Kip Thorne heeft het idee geopperd dat het helpen van iets soortgelijks kan bijdragen aan het terugdringen van een van de grote uitdagingen als het gaat om interstellair reizen - brandstofverbruik. Hij suggereerde echter iets risicovoller, namelijk het manoeuvreren rond een reeks binaire zwarte gaten. Slechts een kleine hoeveelheid brandstof zou eigenlijk nodig zijn om de kritieke baan van het ene zwarte gat naar het andere te berijden. Wanneer het betreffende vaartuig meerdere circuits tussen de twee zwarte gaten heeft gemaakt, zou de snelheid de snelheid van het licht naderen met een minimaal brandstofverbruik. Dan zou het gewoon een kwestie zijn van correct richten en een raket stoten op het juiste moment afvuren om op koers te komen over de sterren.

Is dit idee onwaarschijnlijk? Absoluut. Is het een beetje geweldig? Zeker. Thorne benadrukt dat er veel problemen zijn met zijn idee, zoals de precieze berekeningen en timing die nodig zijn om ervoor te zorgen dat je niet recht door een andere ster, planeet of ander hinderlijk geplaatst interstellair lichaam vliegt. Er zijn ook zorgen zoals vertragen, stoppen en weer thuiskomen, maar we zijn er vrij zeker van dat als je bereid bent om dit in de eerste plaats te doen, je je misschien niet al te druk maakt om weer thuis te komen.

Een precedent voor het idee is al vastgesteld. In 2000 kregen astronomen een blik op 13 supernova-snelheden langs de Melkweg met een verbazingwekkende 5 miljoen mijl per uur. University of Illinois in Urbana-Champaign onderzoekers kwamen erachter dat de eigenzinnige sterren uit hun melkweg werden gesmeten door een paar zwarte gaten gevangen in een baan om elkaar heen na de vernietiging en samensmelting van twee afzonderlijke sterrenstelsels.

5 Starseed Launcher

Als het gaat om het lanceren van zelfs zelfreplicerende sondes, is er nog steeds het probleem van het brandstofverbruik.Dat weerhoudt mensen er niet van nieuwe ideeën te bedenken over het lanceren van sondes over interstellaire afstanden, een proces dat megaton energie kost met de technologie die we vandaag hebben.

Forrest Bishop van het Institute of Atomic-Scale Engineering beweerde een methode te hebben ontwikkeld voor het lanceren van interstellaire sondes die slechts een hoeveelheid energie nodig hebben die ruwweg overeenkomt met wat zich in een auto-accu bevindt. De theoretische Starseed Launcher zou ongeveer 1000 kilometer (600 mijl) lang zijn en voornamelijk uit draad bestaan. Ondanks de lengte past het hele ding op een shuttle wanneer het wordt opgeslagen en kan het worden opgeladen door een 10-volt batterij.

Een onderdeel van het plan was het lanceren van sondes die nauwelijks meer dan microgrammen in de massa zijn en die alleen de meest elementaire informatie bevatten die nodig is om verdere sondes in de ruimte te bouwen. Groepen van maximaal miljarden van deze sondes zouden kunnen worden gelanceerd door een reeks draagraketten. Bisschop zei dat zijn plan gemakkelijker is omdat de zelfreplicerende sondes na de lancering met elkaar kunnen samenwerken. Terwijl hij plannen had dat de draagraket zelf zou worden aangedreven door supergeleidende magnetische levitatiespoelen, waardoor een tegenkracht wordt gecreëerd die de kracht levert, zei hij dat er nog enkele dingen moeten worden uitgewerkt voordat deze praktisch kunnen worden gebouwd, zoals hoe de sondes zouden gevaren doorstaan ​​zoals interstellaire straling en puin.

4 Engineering Plants om in de ruimte te leven

Zodra we zijn waar we naartoe gaan (of als we eenmaal op weg gaan), moet er een methode zijn om voedsel te laten groeien en zuurstof te regenereren. Natuurkundige Freeman Dyson heeft een aantal behoorlijk intrigerende ideeën over hoe we dat precies kunnen doen.

In 1972 gaf Dyson zijn nogal beruchte lezing op het Birkbeck College in Londen. Daar stelde hij voor dat met wat genetische manipulatie bomen zouden kunnen worden ontwikkeld die niet alleen zouden kunnen groeien, maar ook kunnen gedijen op oppervlakken die zo onherbergzaam zijn als een komeet. Herprogrammeer de boom om ultraviolet licht weer te geven en om efficiënter te zijn in het vasthouden van water, en niet alleen zouden bomen wortel schieten en groeien, maar ze zouden uitgroeien tot groottes die op aarde ondenkbaar zijn. In een interview stelde hij voor dat er in de toekomst zwarte bomen zouden kunnen zijn, zowel in de ruimte als op aarde. Op silicium gebaseerde bomen en bladeren zouden veel efficiënter zijn en efficiëntie is de sleutel tot voortbestaan. Dyson benadrukte dat dit zeker niet van de ene dag op de andere zou gebeuren en waarschijnlijk ruim in de volgende twee eeuwen zou duren voordat we de technologie en kennis hebben om planten op een dergelijke manier te manipuleren.

Zijn idee is misschien niet zo vergezocht. NASA's Institute for Advanced Concepts is een hele afdeling die zich toelegt op het oplossen van de problemen van de toekomst, en een van de dingen waar ze aan werken is het kweken van planten die geschikt zijn voor het landschap van Mars. Zelfs planten die in een broeikas of een soortgelijk gebouw op Mars worden gekweekt, zouden aan extremen worden blootgesteld en onderzoekers werken met het idee planten te combineren met extremofielen, kleine, microscopische organismen die op de meest barre plaatsen op aarde overleven. Van tomatenplanten op grote hoogte die een ingebouwde weerstand tegen ultraviolet licht hebben tegen bacteriën die overleeft in de koudste, heetste en diepste delen van de wereld, we hebben misschien al de bouwstenen om Martiaanse tuinen aan te leggen. We moeten alleen bedenken hoe we ze allemaal kunnen samenvoegen.

3 In-Situ Resource Utilization

Wonen op het land is misschien het hippe en trendy nieuwe ding op aarde, maar als het gaat om maandenlange missies in de ruimte, zal het een noodzaak zijn. NASA onderzoekt momenteel wat zij In-Situ Resource Utilization of ISRU noemen. Er is tenslotte maar zo veel ruimte op een schip en het instellen van systemen voor het gebruik van materialen die in de ruimte en op andere planeten worden gevonden, zal een noodzaak zijn voor kolonisatieplannen of uitstapjes op lange termijn, vooral wanneer die reizen naar plaatsen gaan waar herbevoorradingsmissies zijn gewoon uit den boze. Vroege pogingen om aan te tonen hoe het bronnengebruik zou werken, vonden plaats op de hellingen van Hawaii's vulkanen en in simulaties van polaire missies naar de maan, waarbij pogingen ondernomen werden om dingen zoals brandstofcomponenten uit as en ander natuurlijk terrein te extraheren.

In augustus 2014 maakte NASA een massale aankondiging toen ze onthulden welk nieuw speelgoed de volgende Mars-rover zou gaan afbouwen, gepland om in 2020 te lanceren. In het nieuwe rover-arsenaal is MOXIE opgenomen, het Mars Oxygen In Situ Resources-gebruiksexperiment. Zoals zijn naam doet vermoeden, zal MOXIE in staat zijn om de schadelijke Mars-atmosfeer (dat is ongeveer 96 procent koolstofdioxide) te scheiden en te scheiden in zuurstof en koolmonoxide. Het kan elk uur ongeveer 22 gram zuurstof produceren. NASA hoopt ook dat MOXIE iets anders zal laten zien - continue werking zonder een daling van de productiviteit of efficiëntie. Ze suggereren dat MOXIE niet alleen een belangrijke stap is naar langetermijn buitenaardse missies, maar ook dat het de eerste van vele potentiële converters is die op een vergelijkbare manier zouden kunnen werken om verschillende gassen en andere bronnen te isoleren.

2 2-stuk

https://www.youtube.com/watch?v=dSUEOXEdHIw
Reproductie in de ruimte is een probleem op een aantal verschillende niveaus, vooral in omgevingen zonder kunstmatige zwaartekracht. In 2009 hebben Japanse experimenten op muizenembryo's aangetoond dat, hoewel zwaartekrachtomgevingen bemesting niet hinderen, embryo's die zich buiten de natuurlijke zwaartekracht van de aarde (of een ander equivalent) ontwikkelen zich niet normaal ontwikkelen. Wanneer de cellen moeten delen en specialiseren, zijn er problemen. Dit wil niet zeggen dat dit niet mogelijk is, omdat sommige van de in de ruimte gegroeide embryo's uiteindelijk met succes in vrouwelijke muizen werden geïmplanteerd en normaal werden geboren.

Dit roept ook een andere vraag op: hoe werkt de eigenlijke babyvervaardiging in een omgeving zonder zwaartekracht? De wetten van de fysica, met name het feit dat elke actie een gelijke en tegengestelde reactie heeft, maken de mechanica meer dan een beetje vaag. Schrijver, actrice en uitvinder Vanna Bonta heeft er echter serieus over nagedacht.

Het resultaat is het 2-stuk, en het is precies wat je denkt dat het is - een ruimtepak ontworpen om twee mensen erin te laten ritsen om het maken van ruimtebaby's te vergemakkelijken. Het is ook getest. In 2008 werd het gebruikt op de toepasselijke (hoewel onromantisch) naam Vomit Comet. Hoewel Bonta suggereert dat huwelijksreizen in de ruimte een feit kunnen worden dankzij haar uitvinding, zegt ze ook dat het andere praktische toepassingen heeft, zoals het opslaan van lichaamswarmte tijdens een noodgeval.

1 Project Longshot

Project Longshot was een misschien cynisch genoemd plan dat werd opgesteld door een team van de US Naval Academy en NASA als onderdeel van een gezamenlijk project aan het eind van de jaren tachtig. Het plan had het uiteindelijke doel om ergens rond de eeuwwisseling te lanceren, en het zou een onbemande sonde zijn geweest die bestemd was voor Alpha Centauri. Het zou ongeveer 100 jaar hebben geduurd om zijn doel te bereiken. Voordat het zelfs kon worden gelanceerd, waren er enkele vrij belangrijke componenten die moesten worden ontwikkeld voordat deze ooit van de grond zouden komen.

Tussen communicatielasers, een langlevende kernsplijtingsreactor en een fusie-micro-explosie-aandrijving, was er veel dat bij elkaar moest komen. De sonde zou ontworpen zijn om onafhankelijk te denken en te functioneren, omdat het bijna onmogelijk was om communicatie over interstellaire afstanden snel genoeg te verzenden, zodat de informatie nog steeds relevant zou zijn wanneer deze werd ontvangen. Alles zou ongelooflijk duurzaam moeten zijn, want het zou 100 jaar duren voordat het zijn bestemming zou bereiken.

Longshot zou naar Alpha Centauri reizen met verschillende doelen. Het ging vooral om het verzamelen van astronomische gegevens die zouden hebben gezorgd voor de precieze berekening van de afstanden tot miljarden, of zelfs biljoenen, van andere sterren. Ren van zijn kerncentrale af tot de reactie, en daarom de missie, stopte. Longshot was een behoorlijk ambitieus plan dat nooit van de grond kwam.

Dat betekent echter niet dat het idee volledig is verdwenen. In 2013 kwam Project Longshot II figuurlijk van de grond in de vorm van een studentenproject van Icarus Interstellar. De decennia van technologische vooruitgang die is gebeurd sinds het oorspronkelijke Longshot-programma kan worden toegepast op de nieuwe versie, en het programma krijgt een complete revisie. Een van de vorderingen op het programma is het verkorten van de geplande vluchttijd in tweeën, het herberekenen van brandstofkosten en het bekijken van het opnieuw ontwerpen van Longshot van boven naar beneden.

Het laatste project zal een interessante blik werpen op hoe een onoverkomelijk probleem verandert met de toevoeging van nieuwe technologie en nieuwe informatie. De wetten van de natuurkunde blijven hetzelfde, maar 25 jaar later heeft Longshot het potentieel om er behoorlijk anders uit te zien, en dat is een intrigerend begrip voor de toekomst van interstellaire reizen.