- Bagian 2 -
Di beberapa titik dalam hidup kita, kita masing-masing menanyakan pertanyaan ini: berapa lama terbang ke bintang? Mungkinkah melakukan penerbangan seperti itu dalam satu kehidupan manusia, dapatkah penerbangan seperti itu menjadi norma kehidupan sehari-hari? Ada banyak jawaban untuk pertanyaan sulit ini, tergantung siapa yang bertanya. Beberapa sederhana, yang lain lebih sulit. Untuk menemukan jawaban yang pasti, ada terlalu banyak hal yang perlu dipertimbangkan.
Sayangnya, tidak ada perkiraan nyata yang akan membantu menemukan jawaban seperti itu, dan ini membuat frustrasi para futuris dan penggemar perjalanan antarbintang. Suka atau tidak suka, ruang sangat besar (dan kompleks) dan teknologi kita masih terbatas. Tetapi jika kita memutuskan untuk meninggalkan "sarang rumah" kita, kita akan memiliki beberapa cara untuk mencapai sistem bintang terdekat di galaksi kita.
Bintang terdekat ke Bumi kita adalah Matahari, bintang yang cukup "rata-rata" menurut skema "urutan utama" Hertzsprung-Russell. Ini berarti bintang tersebut sangat stabil dan menyediakan cukup sinar matahari untuk kehidupan berkembang di planet kita. Kita tahu bahwa ada planet lain yang mengorbit bintang di dekat tata surya kita, dan banyak dari bintang ini mirip dengan milik kita.
Kemungkinan dunia layak huni di Semesta
Di masa depan, jika umat manusia ingin meninggalkan tata surya, kita akan memiliki banyak pilihan bintang yang dapat kita tuju, dan banyak dari mereka mungkin memiliki kondisi kehidupan yang menguntungkan. Tapi kemana kita akan pergi dan berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke sana? Ingatlah bahwa ini semua hanyalah spekulasi dan tidak ada landmark untuk perjalanan antarbintang saat ini. Nah, seperti yang dikatakan Gagarin, ayo pergi! Video promosi:
Raih bintang
Seperti yang telah disebutkan, bintang terdekat dengan tata surya kita adalah Proxima Centauri, dan oleh karena itu sangat masuk akal untuk mulai merencanakan misi antarbintang dengannya. Bagian dari sistem bintang tiga Alpha Centauri, Proxima berjarak 4,24 tahun cahaya (1,3 parsec) dari Bumi. Faktanya, Alpha Centauri adalah bintang paling terang dari ketiganya dalam sistem, bagian dari sistem biner terdekat 4,37 tahun cahaya dari Bumi - sementara Proxima Centauri (yang paling redup dari ketiganya) adalah bintang katai merah yang terisolasi berjarak 0,13 tahun cahaya. dari sistem ganda.
Dan sementara percakapan tentang perjalanan antarbintang menyarankan semua jenis perjalanan yang lebih cepat dari cahaya (FAS), dari kecepatan warp dan lubang cacing hingga mesin subruang, teori semacam itu sangat fiktif (seperti mesin Alcubierre) atau hanya ada dalam fiksi ilmiah. … Misi apa pun ke luar angkasa akan membentang dari generasi ke generasi.
Jadi, dimulai dengan salah satu bentuk perjalanan luar angkasa paling lambat, berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk sampai ke Proxima Centauri?
Metode modern
Pertanyaan memperkirakan durasi perjalanan di luar angkasa jauh lebih mudah jika teknologi dan benda yang ada di tata surya kita terlibat di dalamnya. Misalnya, dengan menggunakan teknologi yang digunakan oleh misi New Horizons, 16 mesin monofuel hidrazin, Anda dapat mencapai Bulan hanya dalam 8 jam 35 menit.
Ada juga misi SMART-1 Badan Antariksa Eropa, yang didorong menuju Bulan menggunakan dorongan ion. Dengan teknologi revolusioner ini, varian yang juga digunakan wahana antariksa Dawn untuk mencapai Vesta, SMART-1 membutuhkan waktu satu tahun, satu bulan, dan dua minggu untuk mencapai bulan.
Dari pesawat ruang angkasa roket cepat hingga penggerak ion yang ekonomis, kami memiliki beberapa opsi untuk berkeliling ruang lokal - plus Anda dapat menggunakan Jupiter atau Saturnus sebagai katapel gravitasi raksasa. Namun demikian, jika kita berencana untuk melangkah lebih jauh, kita harus membangun kekuatan teknologi dan mengeksplorasi kemungkinan-kemungkinan baru.
Ketika kita berbicara tentang metode yang memungkinkan, kita berbicara tentang metode yang melibatkan teknologi yang ada, atau yang belum ada, tetapi secara teknis memungkinkan. Beberapa dari mereka, seperti yang akan Anda lihat, telah teruji dan dikonfirmasi oleh waktu, sementara yang lainnya masih dipertanyakan. Singkatnya, mereka mewakili skenario perjalanan yang mungkin, tetapi sangat memakan waktu dan mahal bahkan ke bintang terdekat.
Gerakan ionik
Saat ini, bentuk mesin paling lambat dan paling ekonomis adalah mesin ion. Beberapa dekade yang lalu, tenaga penggerak ionik dianggap sebagai subjek fiksi ilmiah. Namun dalam beberapa tahun terakhir, teknologi pendukung penggerak ion telah berpindah dari teori ke praktik, dan dengan sukses besar. Misi SMART-1 dari European Space Agency adalah contoh misi yang berhasil ke Bulan dalam 13 bulan gerakan spiral dari Bumi.
SMART-1 menggunakan pendorong ion surya, di mana listrik dikumpulkan oleh panel surya dan digunakan untuk menyalakan pendorong efek Hall. Hanya butuh 82 kilogram bahan bakar xenon untuk membawa SMART-1 ke bulan. 1 kilogram bahan bakar xenon menghasilkan delta-V sebesar 45 m / s. Ini adalah bentuk gerakan yang sangat efektif, tetapi jauh dari yang tercepat.
Salah satu misi pertama yang menggunakan teknologi propulsi ion adalah misi Deep Space 1 ke Komet Borrelli pada tahun 1998. DS1 juga menggunakan mesin ion xenon dan mengkonsumsi 81,5 kg bahan bakar. Selama 20 bulan daya dorong, DS1 mengembangkan kecepatan 56.000 km / jam pada saat komet melintas.
Mesin ion lebih ekonomis daripada teknologi roket karena daya dorong per satuan massa bahan bakar roket (impuls spesifik) jauh lebih tinggi. Tetapi pendorong ion membutuhkan waktu lama untuk mempercepat pesawat ruang angkasa ke kecepatan yang signifikan, dan kecepatan tertinggi bergantung pada dukungan bahan bakar dan pembangkit listrik.
Oleh karena itu, jika penggerak ion digunakan dalam misi ke Proxima Centauri, mesin harus memiliki sumber energi yang kuat (energi nuklir) dan cadangan bahan bakar yang besar (walaupun lebih sedikit dari roket konvensional). Namun jika Anda mulai dari asumsi bahwa 81,5 kg bahan bakar xenon diterjemahkan menjadi 56.000 km / jam (dan tidak akan ada gerakan lain), Anda bisa melakukan perhitungan.
Dengan kecepatan tertinggi 56.000 km / jam, Deep Space 1 akan membutuhkan 81.000 tahun untuk menempuh 4,24 tahun cahaya antara Bumi dan Proxima Centauri. Saat ini, ada sekitar 2700 generasi manusia. Dapat dikatakan bahwa penggerak ion antarplanet akan terlalu lambat untuk misi antarbintang berawak.
Tetapi jika pendorong ion lebih besar dan lebih kuat (yaitu, laju keluar ion jauh lebih tinggi), jika ada bahan bakar roket yang cukup, yang cukup untuk seluruh 4,24 tahun cahaya, waktu tempuh akan berkurang secara signifikan. Tapi tetap saja akan ada lebih lama dari periode kehidupan manusia.
Manuver gravitasi
Cara tercepat untuk melakukan perjalanan di luar angkasa adalah dengan menggunakan bantuan gravitasi. Metode ini melibatkan pesawat ruang angkasa menggunakan gerakan relatif (yaitu, orbit) dan gravitasi planet untuk mengubah jalur dan kecepatannya. Manuver gravitasi adalah teknik yang sangat berguna untuk penerbangan luar angkasa, terutama saat menggunakan Bumi atau planet masif lainnya (seperti raksasa gas) untuk akselerasi.
Pesawat ruang angkasa Mariner 10 adalah yang pertama menggunakan metode ini, menggunakan tarikan gravitasi Venus untuk berakselerasi menuju Merkurius pada Februari 1974. Pada 1980-an, wahana Voyager 1 menggunakan Saturnus dan Jupiter untuk manuver gravitasi dan akselerasi hingga 60.000 km / jam, diikuti dengan jalan keluar ke ruang antarbintang.
Misi Helios 2, yang dimulai pada tahun 1976 dan seharusnya menjelajahi lingkungan antarplanet antara 0,3 AU. e. dan 1 a. Artinya, dari Matahari, rekor kecepatan tertinggi dikembangkan menggunakan manuver gravitasi. Saat itu, Helios 1 (diluncurkan pada tahun 1974) dan Helios 2 memegang rekor untuk jarak terdekat ke Matahari. Helios 2 diluncurkan dengan roket konvensional dan ditempatkan di orbit yang sangat panjang.
Karena eksentrisitasnya yang besar (0,54) dari orbit matahari 190 hari, pada perihelion Helios 2 berhasil mencapai kecepatan maksimum lebih dari 240.000 km / jam. Kecepatan orbit ini dikembangkan hanya oleh tarikan gravitasi Matahari Secara teknis, kecepatan perihelion Helios 2 bukanlah hasil dari manuver gravitasi, melainkan kecepatan orbit maksimum, tetapi perangkat tersebut masih memegang rekor sebagai objek buatan tercepat.
Jika Voyager 1 bergerak menuju katai merah Proxima Centauri dengan kecepatan konstan 60.000 km / jam, dibutuhkan 76.000 tahun (atau lebih dari 2.500 generasi) untuk menempuh jarak itu. Tetapi jika wahana itu mencapai rekor kecepatan Helios 2 - kecepatan konstan 240.000 km / jam - dibutuhkan 19.000 tahun (atau lebih dari 600 generasi) untuk menempuh 4.243 tahun cahaya. Jauh lebih baik, meski tidak praktis.
Penggerak EM motor elektromagnetik
Metode lain yang diusulkan untuk perjalanan antarbintang adalah motor frekuensi radio rongga resonansi, juga dikenal sebagai EM Drive. Diusulkan pada tahun 2001 oleh Roger Scheuer, seorang ilmuwan Inggris yang menciptakan Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) untuk proyek tersebut, mesin ini didasarkan pada gagasan bahwa rongga gelombang mikro elektromagnetik dapat secara langsung mengubah listrik menjadi daya dorong.
Sementara motor elektromagnetik tradisional dirancang untuk menggerakkan massa tertentu (seperti partikel terionisasi), sistem propulsi khusus ini tidak bergantung pada reaksi massa dan tidak memancarkan radiasi terarah. Secara umum, mesin ini disambut dengan cukup skeptis terutama karena melanggar hukum kekekalan momentum, yang menurutnya momentum suatu sistem tetap konstan dan tidak dapat dibuat atau dihancurkan, tetapi hanya diubah di bawah aksi gaya.
Namun demikian, eksperimen terbaru dengan teknologi ini jelas membuahkan hasil yang positif. Pada Juli 2014, pada Konferensi Propulsi Gabungan AIAA / ASME / SAE / ASEE ke-50 di Cleveland, Ohio, ilmuwan jet canggih NASA mengumumkan bahwa mereka telah berhasil menguji desain motor elektromagnetik baru.
Pada April 2015, para ilmuwan di NASA Eagleworks (bagian dari Johnson Space Center) mengatakan mereka telah berhasil menguji mesin dalam ruang hampa, yang dapat mengindikasikan kemungkinan penggunaan di luar angkasa. Pada bulan Juli tahun itu, sekelompok ilmuwan dari Divisi Sistem Luar Angkasa Universitas Teknologi Dresden mengembangkan versi mesin mereka sendiri dan mengamati daya dorong yang nyata.
Pada tahun 2010, Profesor Zhuang Yang dari Universitas Politeknik Northwestern di Xi'an, Cina, mulai menerbitkan serangkaian artikel tentang penelitiannya tentang teknologi EM Drive. Pada tahun 2012, ia melaporkan daya input tinggi (2,5 kW) dan daya dorong tetap 720 mn. Pada tahun 2014, dia juga melakukan pengujian ekstensif, termasuk pengukuran suhu internal dengan termokopel internal, yang menunjukkan bahwa sistem tersebut berfungsi.
Menurut perhitungan berdasarkan prototipe NASA (yang diberi peringkat daya 0,4 N / kilowatt), pesawat ruang angkasa bertenaga elektromagnetik dapat melakukan perjalanan ke Pluto dalam waktu kurang dari 18 bulan. Ini enam kali lebih sedikit dari yang dibutuhkan oleh wahana New Horizons, yang bergerak dengan kecepatan 58.000 km / jam.
Kedengarannya mengesankan. Tetapi bahkan dalam kasus ini, kapal dengan mesin elektromagnetik akan terbang ke Proxima Centauri selama 13.000 tahun. Dekat, tapi masih belum cukup. Selain itu, sampai semua titik dalam teknologi ini bertitik, masih terlalu dini untuk membicarakan penggunaannya.
Tenaga penggerak termal nuklir dan listrik nuklir
Kemungkinan lain untuk melakukan penerbangan antarbintang adalah dengan menggunakan pesawat ruang angkasa yang dilengkapi mesin nuklir. NASA telah mempelajari opsi-opsi seperti itu selama beberapa dekade. Roket penggerak termal nuklir dapat menggunakan reaktor uranium atau deuterium untuk memanaskan hidrogen di dalam reaktor, mengubahnya menjadi gas terionisasi (plasma hidrogen), yang kemudian akan diarahkan ke nosel roket, menghasilkan daya dorong.
Roket bertenaga nuklir memiliki reaktor yang sama, yang mengubah panas dan energi menjadi listrik, yang kemudian menggerakkan motor listrik. Dalam kedua kasus tersebut, roket akan mengandalkan fusi nuklir atau fisi nuklir untuk menciptakan daya dorong, bukan bahan bakar kimia yang dioperasikan oleh semua badan antariksa modern.
Dibandingkan dengan mesin kimia, mesin nuklir memiliki keunggulan yang tak terbantahkan. Pertama, kepadatan energinya praktis tidak terbatas dibandingkan dengan bahan bakar roket. Selain itu, mesin nuklir juga akan menghasilkan daya dorong lebih dari jumlah bahan bakar yang digunakan. Ini akan mengurangi jumlah bahan bakar yang dibutuhkan, dan pada saat yang sama berat serta biaya peralatan tertentu.
Meskipun mesin tenaga nuklir termal belum memasuki ruang angkasa, prototipe mereka telah dibuat dan diuji, dan bahkan lebih banyak lagi yang telah diusulkan.
Namun terlepas dari keunggulan dalam penghematan bahan bakar dan impuls spesifik, konsep mesin termal nuklir terbaik yang diusulkan memiliki impuls spesifik maksimum 5000 detik (50 kNs / kg). Menggunakan mesin nuklir yang ditenagai oleh fisi atau fusi, ilmuwan NASA dapat mengirimkan pesawat ruang angkasa ke Mars hanya dalam 90 hari jika Planet Merah berada 55.000.000 kilometer dari Bumi.
Tapi ketika harus melakukan perjalanan ke Proxima Centauri, roket nuklir akan membutuhkan waktu berabad-abad untuk mempercepat kecepatan cahaya yang signifikan. Maka itu akan memakan waktu beberapa dekade, dan setelah itu berabad-abad hambatan dalam perjalanan menuju tujuan. Kami masih 1000 tahun dari tujuan kami. Apa yang bagus untuk misi antarplanet, tidak begitu bagus untuk misi antarbintang.
- Bagian 2 -
