Wie nah könnten Menschen der interstellaren Raumfahrt in naher Zukunft kommen?

Lassen Sie uns ein oder zwei Berechnungen anstellen, sollen wir? ( Hinweis: Alle, die die langweilige Mathematik überspringen möchten, können einfach den unteren Teil dieser Antwort lesen. )

Finden Sie die Geschwindigkeit, die Sie anstreben:

Finden Sie die Energie, die benötigt wird , um diese Geschwindigkeit zu erreichen:

Können wir es tun? . . .

Laut Wikipedia

Im Jahr 2011 betrug der weltweite Gesamtenergieverbrauch 549 Exajoule

Multiplizieren Sie das mit 50 Jahren, und wir haben immer noch nicht genug.

Ich nehme an, wir könnten die Kardashev-Skala verwenden , um herauszufinden, wann die Menschheit Energie mit dieser Geschwindigkeit haben wird. Mit dieser Formel:

und wir finden, dass wir eine Zivilisation vom Typ 1.03692 sein sollten. Angesichts der Tatsache, dass wir derzeit eine Zivilisation vom Typ 0.7 sind, sollten wir in etwa 100 bis 200 Jahren an diesem Punkt sein. Beachten Sie jedoch, dass diese Zahl für ein Schiff gilt, das die gesamte Energie der Menschheit verbraucht, was unrealistisch ist. Es zeigt jedoch, dass wir diese Energie für eine Weile überhaupt nicht nutzen können.

Ich wäre auch dankbar, wenn jemand meine Berechnungen überprüfen könnte. Ich habe diesen Logarithmusrechner verwendet, falls ihn jemand verwenden möchte. Umrechnungsverhältnisse können leicht online gefunden werden.

Welches sind die größten Hindernisse, die die Menschheit überwinden müsste, um diese Geschwindigkeiten zu erreichen?

Wenn wir bei dieser Geschwindigkeit nur über Reisen sprechen, also alles andere geklärt haben, ist das Hauptproblem der Vortrieb. Wie das obige Ergebnis gezeigt hat (für diejenigen, die es übersprungen haben, müssen Sie nur wissen, dass wir viel Kraft brauchen würden, um diese Geschwindigkeiten zu erreichen), ist es nicht einfach, schnell im Weltraum zu reisen. Hier sind einige Optionen :

• Bussard Ramjet - Nehmen Sie im interstellaren Raum schwebendes Wasserstoffgas auf, komprimieren Sie es, beginnen Sie mit der Fusion und wandeln Sie es in Schub um. Hindernisse: Es muss wirklich groß sein, und Sie müssen sicher sein, dass Sie Wasserstoff im Weltraum haben. Oh, und Fusion muss man beherrschen.

• Nuclear Pulse - Werfen Sie Atombomben aus dem hinteren Teil des Raumfahrzeugs und reiten Sie auf den Schockwellen. Dies wurde in dem hypothetischen Projekt Daedalus und dem ebenso hypothetischen Projekt Orion verwendet. Keine Idee kam auf den Weg (Wortspiel definitiv beabsichtigt). Hindernisse: Sie müssen jede Menge Atombomben bauen. Außerdem müssen Sie eine Nation finden, die bereit ist, einen Haufen Land für die Startrampe zu opfern, da diese Startrampe und die Umgebung vollständig zerstört werden.

  Alternativ könnten Sie diese Idee einfach im Weltraum verwenden, wie Lohoris vorgeschlagen hat .

• Sonnensegel - Reiten Sie mit einem Segel auf dem Strahlungsdruck eines Sterns. Hindernisse: Sie müssen ein riesiges, kilometerweites Segel bauen und einsetzen. Außerdem ist die Beschleunigung unglaublich langsam.

• Antimaterie-Rakete – Das Beste habe ich mir zum Schluss aufgehoben. Verbinde Materie und Antimaterie und nutze die Energie der Vernichtung. Hindernisse: Sehr teuer, weil Antimaterie teuer ist. Außerdem musst du anfangs ziemlich viel daraus machen, obwohl du irgendwann anfangen kannst zu rollen. Allerdings muss man sehr feinfühlig sein. Seeeehr zart.

Höchstwahrscheinlich wird die Weltraumbesiedlung nicht so verlaufen, wie Sie es sich vorstellen.

Tatsächlich könnte es Hunderte und Tausende von Planeten innerhalb von 1 Lichtjahr von der Sonne entfernt geben. Wenn es keine Sterne gibt , bedeutet das nicht unbedingt, dass es keine Planeten gibt, die um die Sonne wandern und sie umkreisen. Statistiken sagen voraus, dass es in der Galaxie viel mehr wandernde Planeten als Sterne gibt.

Daher halten zukünftige Menschen es möglicherweise nicht für notwendig, zu anderen Sternen zu reisen, bevor sie zumindest das Sonnensystem kolonisieren. Während sie ihn erkunden, finden sie immer mehr Himmelskörper, die sich für eine Besiedelung eignen, und nähern sich allmählich anderen Sternen.

Hart aber möglich.

$15ly$in$50$Jahre erfordern würde$0.3$mal die Lichtgeschwindigkeit. Um diese Geschwindigkeit zu erreichen, konnten wir mit beschleunigen$4g\approx 40m/s^2$für 26 Tage (oder 51 Tage mit$20m/s^2$oder 13 mit$80m/s^2$.. letzteres wäre sehr unangenehm für die Passagiere).

Wie viel Energie würde es kosten? Bleiben wir dabei$150000$Tonnen. So ist es$E_1=\frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{2}m(0.3c)^2\approx6e23\,\text{Joule}$. Wenn wir relativistische Formeln verwenden, würden wir brauchen$6.5e23 \text{Joule}$. Nah genug für unsere Schätzungen. Aber warte! Nun erreichen wir das Zielsystem, reisen aber immer noch mit einem beachtlichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit. Wir müssen diese Geschwindigkeit loswerden und brauchen wieder die gleiche Energiemenge. Dies summiert sich auf$E=E_1\times 2=1.2e24 \text{Joule}$. Das sind übrigens fast 8 Tonnen Antimaterie.

Wie bekommen wir die Energie? Versuchen wir es mit Solarenergie. Die Solarkonstante ist$E_0=1367\frac{W}{m^2}$in der Nähe der Erde. Diese Konstante ist proportional zum Kehrwert des Abstands zur Sonne im Quadrat. Bei$0.1AE$(etwa ein Drittel der Entfernung von Sonne zu Merkur), seine$E_{0}^\text{Mercury}=137\frac{kW}{m^2}$. Um in einem Jahr genug Energie zu bekommen, müssen wir eine Fläche von$\frac{E}{E_{0}^\text{Mercury}}\times \text{seconds per year}\approx 7e12m^2$(das ist in der Nähe$2700km \times 27000km$- schwierig, aber möglich). Sie müssen es jedoch für allgemeine verlustbedingte Konvertierungen und Ineffizienzen hochskalieren. Es gibt andere Möglichkeiten wie Fusionsreaktoren, magische kalte Fusion usw. Ihre Wahl.

Jetzt der schwierigste Teil: Wie kann man die Energie in Geschwindigkeit umwandeln?

• Sonnenkollektoren ? Die Beschleunigung ist in unserem Sonnensystem quälend langsam und nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab (bei doppelter Entfernung sinkt die Beschleunigung um den Faktor 4).
• Sie wollen kein FTL verwenden, also können Sie keinen klassischen Warp-Antrieb erfinden . Vielleicht können Sie so etwas wie einen langsamer-als-Licht-Warp erfinden , aber das würde alle Berechnungen nutzlos machen, da es kein Wissen darüber gibt. Wenn du ohne Warp bei hartem SciFi bleiben willst, brauchst du etwas, das dich auspowert, um dich voranzutreiben.
• Auch klassische Propolusionsantriebe kommen nicht in Frage. Schauen Sie sich die Raketengleichung an . Die Ariane-5-Rakete hat einen spezifischen Impuls von$440s$. Wenn wir unsere Zahlen eingeben, kommen wir auf eine Masse herum$e^{20850}kg$- mehr als doppelte Präzision verarbeiten kann. Sie brauchen etwas, das Sie mit einem bemerkenswerten Bruchteil davon wegschieben können$c$.
• Die Vorstellung , dass Atombomben (Antimaterie?) Sie vorantreiben, ist verlockend. Aber Explosionen sind kurze Ausbrüche und wir brauchen viele von ihnen über einen langen Zeitraum (erinnern Sie sich an die$4g$über 26 Tage?). Dies ist eine große Herausforderung für die Struktur Ihres Raumschiffs.
• Ich denke, Sie müssen etwas Neues erfinden , wie einen großen Teilchenbeschleuniger, der Materie mit Lichtgeschwindigkeit herausschießt. Sie brauchen noch eine ganze Menge dieser Partikel ... für den Bedarf$\Delta v=0.6c$ $0.8$mal die Masse deines Schiffs -$123'000t$. Denken Sie daran, Ihre Solarmodule zu vergrößern.

Jedes SciFi, das ich kenne, das nach anderen Sonnensystemen greift – selbst die schwierigen – hat ein magisches Gerät / Triebwerk ohne wirkliche Wissenschaft dahinter (Warpantrieb, Warptunnel, sofortige Teleportation über Lichtjahre, ...). Ich glaube nicht, dass du darum herumkommst.

Nun die soziale Komponente. Probieren Sie Kryo-Schlafkammern aus, das ist am einfachsten (ich bin eher ein technischer Typ).

Ok, also haben die besten und erleuchtetsten Antworten hier die Menge an Energie berücksichtigt, die erforderlich ist, um diese Entfernungen zurückzulegen.

Wenn Sie die Hunderte von Jahren abkürzen möchten, die wir brauchen, um an diesen Punkt zu gelangen, können Sie Folgendes versuchen:

• Äußerer Einfluss

Jemand wie die Vulkanier besucht uns von einem anderen Planeten und teilt fortschrittliche Raumfahrttechnologie. Oder vielleicht stehlen wir die Technologie, nachdem sie uns besucht haben.

• Geschenk aus dem Weltraum

So etwas wie ein Meteor schlägt auf der Erde ein und trägt große Mengen einer neuen Art von Treibstoffverbindung, die effektiver ist als alles, was wir auf der Erde haben.

• Zeitreise

Menschen aus der fernen Zukunft kommen in unsere Zeit, um mit uns die fortschrittliche Technologie zu teilen, die für die Raumfahrt erforderlich ist.

• Nachrichten aus dem Weltraum

Eine außerirdische Rasse schickt uns die Entwürfe für den Bau interstellarer Raumschiffe.

• Unbekannte Technologie

Irgendwann in nicht allzu ferner Zukunft wird ein Durchbruch erzielt, der unser Verständnis von Raum und Zeit verändert und es uns ermöglicht, schneller auf dieses technologische Niveau zu gelangen

Ja, basierend auf unseren Berechnungen für den Energiebedarf, was richtig ist, und die Kardashev-Skala 300 bis 350 Jahre wäre eine gute Schätzung.

Dies wäre für ein Sublight-Raumschiff mit 7 x 10 ^ 24 Joule ... wahrscheinlich fusionsbetrieben. Immer noch sehr "pre-warp", da der Warp-Antrieb wahrscheinlich eine Kardashev-Zivilisation der zweiten Ebene erfordern würde ...

Obwohl, wie Nick R. feststellte, neue "mehrere" Entdeckungen, die zu Paradigmenwechseln führen, dieses Schiff vom Daedalus-Typ beschleunigen könnten, indem sie vielleicht 100 Jahre von dieser Schätzung von 300 - 350 Jahren abrasieren ...

Mit einem elektromagnetischen Triebwerk wie VASIMIR und einem netten kleinen Spaltungsreaktor wie SNAP sind Sie eher 50 Jahre vom Start einer unbemannten Sonde entfernt. OK, Sie brauchen immer noch einen leichten, weltraumtauglichen >200-W-Generator.

Eine bemannte Sonde? Denk nochmal. Und vergessen Sie den Transport von Terraforming-Ausrüstung. Eine Sonde mit zehnfach verbesserter Abgasgeschwindigkeit von VASIMIR (500 km/s von 50 km/s, was für 50 Jahre imo nicht zu ehrgeizig ist) muss weniger als 1 % Nutzlastverhältnis haben, um 0,01 c zu erreichen.

Bei 1000 km / s würden die Dinge so aussehen, als würden sie praktisch nützlich werden, z. B. genügend Kraftstoff zu haben, um nach der Kreuzfahrt langsamer zu werden (das anfängliche Nutzlastverhältnis für die Beschleunigung ist die Quadratwurzel des absoluten Nutzlastverhältnisses). Aber doch eher 250 Jahre Reisezeit. Zugegebenermaßen bräuchte man hier einen Fusionsreaktor. Neben dem deutlich besseren Wirkungsgrad (Energie/kg Treibstoff) hat es den zusätzlichen Vorteil, dass Sie das Fusionsprodukt als zusätzliches Antriebsmedium nutzen können.

Nützlich: http://www.wolframalpha.com/input/?i=rocket+speed

Eine einheitliche Feldtheorie schlägt 11 Dimensionen vor. Wenn das stimmt, könnte man vielleicht eine dreidimensionale Distanz durchqueren, indem man durch eine oder mehrere höhere Dimensionen geht. Raum falten oder sich selbst falten, um zwischen den Dimensionen zu schlüpfen. Möglicherweise benötigen Sie ein Tor, um eine Rückfahrt zu ermöglichen, es sei denn, das Gerät war klein genug, um es mitzunehmen.

Die NASA plant, ihr Warp-Schiff bis 2100 gebaut zu haben, daher ist es unwahrscheinlich, dass wir eine interstellare Reise versuchen würden, bis sich herausstellt, dass sie nicht durchführbar ist. Vorausgesetzt, dass wir als Ausgangspunkt zwischen jetzt und dann mit einem Scheitern in eurem Universum rechnen sollten.

Eine Mars-Mission ist Mitte der 2030er Jahre geplant und könnte um bis zu ein Jahrzehnt verschoben werden. Sie können dann davon ausgehen, dass Sie sich mindestens ein oder zwei Jahrzehnte mit dem Mars beschäftigen werden.

Das bringt Sie auf 2050, bevor wir zu groß angelegten Warp-Versuchen kommen. Ich würde mindestens 10-30 Jahre lang Versuche erwarten, und dies gibt uns ein Datum für 2080, wann Sonden und dergleichen mit der Planung beginnen werden.

Innerhalb von ein oder zwei Jahrzehnten werden wir Sonden starten, die mit Ionentriebwerken oder Sonnensegeln oder so ausgestattet sein werden, und es gibt viele Sterne innerhalb von 50-100 Lichtjahren, und jeder braucht mehr als 8 Jahre, um dorthin zu gelangen, und 4 bis zurück kommunizieren. 12 Jahre sind das Minimum dafür, was bedeutet, dass Sie jetzt 2112 oben sind, bevor wir Informationen über irgendeinen Stern zurückbekommen. Unter der Annahme eines perfekten Treffers haben wir dann ein oder zwei Jahrzehnte Zeit, um die Mission zu planen, und mehr als acht Jahre, um zum Planeten zu gelangen, weil das Schiff wahrscheinlich langsamer fahren muss, aber vergessen wir das, die Mindestzeit, die wir im Jahr haben auf einem anderen Planeten landen, um ihn zu kolonisieren, ist es 2140, wenn wir keinerlei Warp haben.

Ironischerweise würde Warp dies wahrscheinlich zurückdrängen, weil wir uns dann nicht beeilen würden, um zu kolonisieren, weil die Zeit nicht wirklich ein so großes Problem wäre und Sie auf diese Sache mit der Geschwindigkeit von Schiffen stoßen würden, die sich ständig gegenseitig überholen würden, also ist es am besten, ein deutlich fortgeschrittenes zu bauen Warp-Schiff, bei dem die überholte Entwicklung keine Rolle spielen würde.

Eine realistischere Zeitachse wäre 2200 oder 2300, um einfach alle Daten zurückzubekommen und Schiffe aus nächster Nähe über längere Zeiträume zu testen, um sicherzustellen, dass sie ihr Ziel erreichen und auch Baumaterialien transportieren.