Ich denke spekulativ. Die NASA experimentiert mit Ionenschubtechnologie. Angenommen, wir könnten innerhalb der nächsten 5 Jahre eine Sonde bauen, die etwa 30 bis 50 Jahre brauchen würde, um Alpha Centauri zu erreichen: Welche Probleme hätte sie?
dh: Wird die größte Herausforderung die Kommunikation zurück zur Erde sein? Vielleicht kann eine kleine Sonde kein ausreichend starkes Signal senden (zumal wir aus unserer Sicht im Wesentlichen direkt auf den Stern schauen würden)?
Oder liegt die Herausforderung beim Senden vielleicht wirklich in der Ausrichtung, um die Antenne auf der Erde punktgenau zu halten?
Oder würde es Probleme geben, die Sonde über eine 50-jährige Reise mit Strom zu versorgen (an diesem Punkt möchten wir wirklich, dass sie noch mehrere Jahre nutzbarer Lebensdauer hat)?
Oder gibt es Probleme mit Raumsonden, Ausgasungen oder andere schleichende Verluste, die das Gerät nach 50 Jahren Vakuum zerfallen lassen würden?
Helfen die langlebigen Voyager-Sonden bei der Lösung eines dieser Probleme? Ich weiß, dass sie der Erde VIEL näher sind als das, wovon ich spreche, aber zumindest leben sie noch und senden ...
Dies ist eine spekulative Frage, also hoffe ich, dass die Forenregeln es erlauben. Ich würde gerne darüber nachdenken, wie solche Probleme überwunden werden können – aber zuerst muss ich wirklich wissen, was die Probleme sein könnten. Also suche ich nach Ideen oder Informationen ...
EDIT: Vielleicht war ich optimistisch. Wenn eine Reisezeit von 50 Jahren nicht praktikabel ist, selbst mit einem lang anhaltenden Schub wie einem Ionenantrieb, können Sie gerne eine längere Flugzeit angeben.
Das wahrscheinlich größte Hindernis ist die Erkennung und Vermeidung von Objekten im Weltraum. Um in 40-50 Jahren nach Alpha Centauri zu gelangen, würde sich die Sonde mit relativistischer Geschwindigkeit bewegen (~1/10 der Lichtgeschwindigkeit). Die gesamte Kollisionserkennung und -vermeidung müsste von Bordsystemen gehandhabt werden, da die Bodenkontroller keine direkte Kontrolle hätten. Sie müssen sich darüber im Klaren sein, dass die Sonde bei den betreffenden Geschwindigkeiten die Entfernung zwischen Erde und Mond in etwa 10 Sekunden zurücklegen würde. Der Volumenhub der Sonde in dieser Zeit ist enorm, und aufgrund der beteiligten Geschwindigkeiten und der Grenze der Lichtgeschwindigkeit wird das Gerät mindestens ein Zehntel bis ein Fünftel der Entfernung zu einem Hindernis nach der Erkennung in einem aktiven Modus zurücklegen System. Passive Systeme wären eine gute Frühwarnung,
Aus diesen Gründen muss es möglicherweise eine Reihe von Sonden geben, ein paar Sonden, die "wegwerfbar" sind und als Pfadfinder fungieren, gefolgt von kritischeren Sonden, die die wichtigeren Wissenschaftspakete enthalten.
Um Alpha Centauri in 50 Jahren zu erreichen, braucht man mindestens Kernspaltungsenergie. Mit Kernfusion könnte es dort in 30 Jahren ankommen, wie von den Projekten Daedalus und Icarus vorgeschlagen, aber bedenken Sie, dass diese Missionen als Vorbeiflüge vorgeschlagen werden: Sie packen nicht genug Treibstoff, um bei der Ankunft wieder zu bremsen
Die größten Herausforderungen sind vielfältig, insbesondere wenn es sich bei der Mission um einen Vorbeiflug handelt, schränkt dies die Menge und Qualität der Daten, die von der Sonde abgerufen werden können, stark ein. Definitiv ist die Kommunikation ein Problem, aber es wird angenommen, dass es lösbar ist. Natürlich wird sich die Sonde nicht auf die Erdkommunikation verlassen können, um eine Entscheidung zu treffen, da die Kommunikationslatenz am Zielort 8,5 Jahre betragen wird.
Die Voyager-Sonden dringen gerade in den interstellaren Raum ein, aber sie werden für ein paar hunderttausend Jahre nicht in die Nähe anderer Sterne kommen. Ihre radioaktiven thermoelektrischen Generatoren werden in ein paar Jahrzehnten vollständig erschöpft sein. Damit eine interstellare Sonde andere Sterne in weniger als, sagen wir, hundert Jahren erreichen kann, gibt es eine begrenzte Liste der Energiequellen, die verwendet werden können:
Das Icarus-Projekt arbeitet an Verfeinerungen des ursprünglichen Daedalus-Projekts, überprüfen Sie das auf jeden Fall für weitere Details
Die Ausrichtung der Antennen auf der Erde ist kein Problem - wir können die Dinge ziemlich genau auf Sterne richten. Und jede Funkantenne in praktischer Größe würde ein Signal auf einen so breiten Strahl ausbreiten, dass das Zeigen auf die Erde das geringste Problem wäre. Ein mittelgroßes Teleskop und ein Laser wären wahrscheinlich besser - wählen Sie einfach eine Wellenlänge, die im Spektrum des Sterns nicht stark ist.
Es wieder 50 Jahre lang mit Radioisotopen zu versorgen, ist kein großes Problem. Das Plutonium-RTG des neuen Mars-Rover ist gut für 100-200 W für 15 Jahre - also genug, um jede Bordelektronik zu betreiben. Der Leistungsbedarf des Thrusters ist etwas problematischer!
Das Ausgasen können wir handhaben, sobald die Sonde im Weltraum ist, erreicht sie ziemlich schnell das Gleichgewicht. Im interstellaren Raum wäre das Hauptproblem Hintergrundstrahlung, meist seltene, aber hochenergetische kosmische Strahlung. Sie benötigen mehrere redundante Systeme, um sich von vorübergehenden oder dauerhaften Schäden an der Elektronik zu erholen.
Bearbeiten: Hoppla, der Speicherplatz ist überraschend groß. Ein 5-MW-Ionentriebwerk würde ungefähr 2500 Jahre brauchen, um A Cen zu erreichen.
Die Raketengleichung ist ein grausamer Tyrann. Die mit Abstand schwierigste Herausforderung besteht darin, ein Antriebssystem zu finden, das die erforderlichen Geschwindigkeiten erreichen kann. Das Projekt Daedalus schlug vor, ein Kernfusionssystem mit Trägheitseinschluss zu verwenden, aber wir wissen wirklich nicht, ob das funktionieren kann. Die beste vorhandene Trägheits-Einschlusstechnologie ist die National Ignition Facility, die Laser verwendet und kaum die Gewinnschwelle erreicht, mit einem riesigen Gebäude voller schwerer Ausrüstung, um dies zu erreichen. Es gibt keine grundlegenden Prinzipien, die gebrochen werden müssen, damit es funktioniert, aber es gibt auch keine Garantie, dass es konstruiert werden kann.
Im Vergleich zu dieser Herausforderung ist es einfach, 50 Jahre lang weiterzumachen.
Das Vermeiden von Kollisionen sollte kein Problem sein. Keine bisher verwendete Raumsonde hatte Vorkehrungen zur Kollisionsvermeidung, und wir haben keine durch versehentliche Kollisionen verloren (es sei denn, Sie zählen den Absturz auf einem Planeten). 50 Jahre sind eine viel längere Zeit, aber der interstellare Raum ist viel leerer.
Im Grunde besteht das Problem nur darin, dass wir nicht wissen, wie man einen Raketenmotor herstellt, der die erforderlichen Abgasgeschwindigkeiten erreicht.
Charles Teague