- Bagian 1 -
Jika Anda menggunakan teknologi yang ada, akan membutuhkan waktu yang sangat, sangat lama untuk mengirim ilmuwan dan astronot dalam misi antarbintang. Perjalanan itu akan sangat panjang (bahkan menurut standar kosmik). Jika kita ingin melakukan perjalanan seperti itu setidaknya dalam satu kehidupan, yah, atau satu generasi, kita memerlukan tindakan yang lebih radikal (baca: murni teoretis). Dan jika wormhole dan mesin subruang benar-benar fantastis saat ini, ada ide lain selama bertahun-tahun yang kami yakini.
Pembangkit listrik tenaga nuklir
Pembangkit listrik tenaga nuklir adalah "mesin" yang secara teoritis memungkinkan untuk perjalanan ruang angkasa yang cepat. Konsep ini awalnya diusulkan oleh Stanislaw Ulam pada tahun 1946, seorang matematikawan Polandia-Amerika yang mengambil bagian dalam Proyek Manhattan, dan perhitungan awal dibuat oleh F. Reines dan Ulam pada tahun 1947. Proyek Orion diluncurkan pada tahun 1958 dan berlangsung hingga tahun 1963.
Dipimpin oleh Ted Taylor dari General Atomics dan fisikawan Freeman Dyson dari Institute for Advanced Study di Princeton, Orion akan memanfaatkan kekuatan ledakan nuklir berdenyut untuk menghasilkan daya dorong yang sangat besar dengan impuls spesifik yang sangat tinggi.
Video promosi:
Singkatnya, Proyek Orion mencakup pesawat luar angkasa besar yang menambah kecepatan dengan mendukung hulu ledak termonuklir, mengeluarkan bom di belakang dan mempercepat saat gelombang ledakan lolos ke pendorong yang dipasang di belakang, panel dorong. Setelah setiap dorongan, gaya ledakan diserap oleh panel ini dan diubah menjadi gerakan maju.
Meskipun desain ini hampir tidak elegan menurut standar modern, keuntungan dari konsep ini adalah ia memberikan daya dorong spesifik yang tinggi - yaitu, ia mengekstraksi jumlah energi maksimum dari sumber bahan bakar (dalam hal ini, bom nuklir) dengan biaya terendah. Selain itu, konsep ini secara teoritis dapat mempercepat kecepatan yang sangat tinggi, menurut beberapa perkiraan, hingga 5% dari kecepatan cahaya (5,4 x 107 km / jam).
Tentu saja, proyek ini memiliki kerugian yang tak terhindarkan. Di satu sisi, pembuatan kapal sebesar ini akan sangat mahal. Pada tahun 1968, Dyson memperkirakan bahwa pesawat ruang angkasa Orion, yang ditenagai oleh bom hidrogen, akan memiliki berat antara 400.000 dan 4.000.000 metrik ton. Dan setidaknya tiga perempat dari berat itu berasal dari bom nuklir, masing-masing beratnya sekitar satu ton.
Perkiraan konservatif Dyson menunjukkan bahwa total biaya membangun Orion adalah $ 367 miliar. Disesuaikan dengan inflasi, jumlah ini adalah $ 2,5 triliun, yang cukup banyak. Bahkan dengan perkiraan paling konservatif, perangkat ini akan sangat mahal untuk diproduksi.
Ada juga masalah kecil radiasi yang akan dipancarkannya, tak terkecuali limbah nuklir. Diyakini bahwa karena alasan inilah proyek tersebut dibatalkan di bawah perjanjian larangan uji parsial tahun 1963, ketika pemerintah dunia berusaha untuk membatasi uji coba nuklir dan menghentikan pelepasan radioaktif yang berlebihan ke atmosfer planet.
Roket fusi nuklir
Kemungkinan lain untuk menggunakan energi nuklir adalah reaksi termonuklir untuk menghasilkan gaya dorong. Di bawah konsep ini, energi harus dibuat dengan pengurungan inersia yang menyalakan pelet dari campuran deuterium dan helium-3 dalam ruang reaksi menggunakan berkas elektron (mirip dengan yang dilakukan di National Ignition Complex di California). Reaktor fusi seperti itu akan meledakkan 250 pelet per detik, menciptakan plasma berenergi tinggi, yang kemudian akan dialihkan ke nosel, menciptakan daya dorong.
Ibarat roket yang mengandalkan reaktor nuklir, konsep ini memiliki keunggulan dalam hal efisiensi bahan bakar dan impuls spesifik. Kecepatan diperkirakan harus mencapai 10.600 km / jam, jauh di atas batas kecepatan roket konvensional. Selain itu, teknologi ini telah dipelajari secara ekstensif selama beberapa dekade terakhir, dan banyak proposal telah dibuat.
Misalnya, antara 1973 dan 1978, British Interplanetary Society melakukan studi kelayakan untuk Proyek Daedalus. Menggambar pada pengetahuan modern dan teknologi fusi termonuklir, para ilmuwan menyerukan pembangunan penyelidikan ilmiah tak berawak dua tahap yang dapat mencapai Bintang Barnard (5,9 tahun cahaya dari Bumi) selama rentang kehidupan manusia.
Tahap pertama, yang terbesar dari keduanya, akan berjalan selama 2,05 tahun dan mempercepat pesawat hingga 7,1% kecepatan cahaya. Kemudian tahap ini dibuang, tahap kedua dinyalakan, dan peralatan berakselerasi hingga 12% dari kecepatan cahaya dalam 1,8 tahun. Kemudian mesin tahap kedua dimatikan, dan kapal telah terbang selama 46 tahun.
Proyek Daedalus memperkirakan bahwa misi tersebut membutuhkan 50 tahun untuk mencapai Bintang Barnard. Jika ke Proxima Centauri, kapal yang sama akan mencapai 36 tahun. Tetapi, tentu saja, proyek tersebut mencakup banyak masalah yang belum terselesaikan, khususnya yang tidak dapat diselesaikan dengan penggunaan teknologi modern - dan sebagian besar belum terselesaikan.
Misalnya, praktis tidak ada helium-3 di Bumi, yang berarti helium-3 harus ditambang di tempat lain (kemungkinan besar di Bulan). Kedua, reaksi yang menggerakkan pesawat membutuhkan energi yang dipancarkan jauh lebih besar daripada energi yang dikeluarkan untuk memicu reaksi. Dan meskipun eksperimen di Bumi telah melampaui "titik impas", kita masih jauh dari jumlah energi yang dapat menggerakkan kendaraan antarbintang.
Ketiga, masih ada pertanyaan tentang biaya kapal semacam itu. Bahkan dengan standar sederhana kendaraan tak berawak Project Daedalus, kendaraan berperalatan lengkap akan berbobot 60.000 ton. Asal tahu saja, berat kotor SLS NASA hanya lebih dari 30 metrik ton, dan peluncurannya saja akan menelan biaya $ 5 miliar (perkiraan 2013).
Singkatnya, roket fusi tidak hanya akan terlalu mahal untuk dibuat, tetapi juga akan membutuhkan reaktor fusi yang jauh melebihi kemampuan kita. Icarus Interstellar, sebuah organisasi internasional ilmuwan sipil (beberapa di antaranya pernah bekerja untuk NASA atau ESA), mencoba merevitalisasi konsep tersebut dengan Project Icarus. Grup yang berkumpul pada tahun 2009 berharap dapat membuat gerakan fusi (dan lainnya) mungkin di masa mendatang.
Ramjet termonuklir
Juga dikenal sebagai ramjet Bussard, mesin ini pertama kali diusulkan oleh fisikawan Robert Bussard pada tahun 1960. Pada intinya, ini adalah peningkatan pada roket termonuklir standar, yang menggunakan medan magnet untuk memampatkan bahan bakar hidrogen ke titik fusi. Namun dalam kasus mesin ramjet, corong elektromagnetik yang besar menyedot hidrogen dari medium antarbintang dan menuangkannya ke dalam reaktor sebagai bahan bakar.
Saat kendaraan menambah kecepatan, massa reaktif memasuki medan magnet yang membatasi, yang menekannya sebelum fusi dimulai. Medan magnet kemudian mengarahkan energi ke nosel roket, mempercepat kapal. Karena tidak ada tangki bahan bakar yang akan memperlambatnya, ramjet termonuklir dapat mencapai kecepatan 4% cahaya dan pergi ke mana pun di galaksi.
Namun demikian, misi ini memiliki banyak kemungkinan kerugian. Misalnya masalah gesekan. Pesawat ruang angkasa ini mengandalkan tingkat pengumpulan bahan bakar yang tinggi, tetapi juga akan bertabrakan dengan hidrogen antarbintang dalam jumlah besar dan kehilangan kecepatan - terutama di wilayah galaksi yang padat. Kedua, tidak banyak deuterium dan tritium (yang digunakan dalam reaktor di Bumi) di luar angkasa, dan sintesis hidrogen biasa, yang melimpah di luar angkasa, masih di luar kendali kita.
Namun, fiksi ilmiah semakin menyukai konsep ini. Contoh paling terkenal mungkin adalah franchise Star Trek, yang menggunakan Bussard Collectors. Pada kenyataannya, pemahaman kita tentang reaktor fusi tidak sesempurna yang kita inginkan.
Layar laser
Layar surya telah lama dianggap sebagai cara yang efektif untuk menaklukkan tata surya. Selain relatif sederhana dan murah untuk dibuat, mereka memiliki nilai tambah yang besar: mereka tidak membutuhkan bahan bakar. Alih-alih menggunakan roket yang membutuhkan bahan bakar, layar menggunakan tekanan dari radiasi dari bintang-bintang untuk mendorong cermin ultra-tipis ke kecepatan tinggi.
Namun, dalam kasus penerbangan antarbintang, layar seperti itu harus didorong oleh sinar energi terfokus (laser atau gelombang mikro) untuk berakselerasi mendekati kecepatan cahaya. Konsep tersebut pertama kali dikemukakan oleh Robert Forward pada tahun 1984, seorang fisikawan di Hughes Aircraft Laboratory.
Idenya mempertahankan keunggulan layar surya karena tidak memerlukan bahan bakar di pesawat, dan juga bahwa energi laser tidak tersebar dalam jarak yang jauh seperti radiasi matahari. Jadi, meski layar laser akan membutuhkan waktu untuk berakselerasi hingga mendekati kecepatan cahaya, layar laser selanjutnya hanya akan dibatasi oleh kecepatan cahaya itu sendiri.
Menurut sebuah studi tahun 2000 oleh Robert Frisbee, direktur penelitian propulsi lanjutan di Jet Propulsion Laboratory NASA, layar laser akan mencapai setengah kecepatan cahaya dalam waktu kurang dari sepuluh tahun. Ia juga menghitung, layar dengan diameter 320 kilometer bisa mencapai Proxima Centauri dalam 12 tahun. Sementara itu, sebuah layar berdiameter 965 kilometer akan tiba hanya dalam waktu 9 tahun.
Namun, layar seperti itu harus dibuat dari material komposit yang canggih untuk menghindari pencairan. Yang akan sangat sulit mengingat ukuran layarnya. Biayanya bahkan lebih buruk. Menurut Frisbee, laser membutuhkan aliran energi 17.000 terawatt yang stabil - kira-kira berapa banyak yang dikonsumsi seluruh dunia dalam satu hari.
Mesin antimateri
Pecinta fiksi ilmiah sangat menyadari apa itu antimateri. Namun jika Anda lupa, antimateri adalah zat yang terdiri dari partikel yang memiliki massa yang sama dengan partikel biasa, namun dengan muatan yang berlawanan. Mesin antimateri adalah mesin hipotetis yang mengandalkan interaksi antara materi dan antimateri untuk menghasilkan energi, atau menciptakan gaya dorong.
Singkatnya, mesin antimateri menggunakan partikel hidrogen dan antihidrogen yang bertabrakan satu sama lain. Energi yang dilepaskan dalam proses pemusnahan sebanding dalam volumenya dengan energi ledakan bom termonuklir yang disertai aliran partikel subatomik - pion dan muon. Partikel-partikel ini, yang bergerak dengan kecepatan sepertiga dari kecepatan cahaya, diarahkan ke nosel magnetik dan menghasilkan daya dorong.
Keuntungan dari kelas roket ini adalah bahwa sebagian besar massa campuran materi / antimateri dapat diubah menjadi energi, yang memberikan kepadatan energi yang tinggi dan impuls spesifik yang lebih unggul dari roket lainnya. Selain itu, reaksi pemusnahan dapat mempercepat roket hingga setengah kecepatan cahaya.
Kelas rudal ini akan menjadi yang tercepat dan paling hemat energi (atau tidak mungkin, tetapi diusulkan). Jika roket kimia konvensional membutuhkan banyak bahan bakar untuk mendorong pesawat ruang angkasa ke tujuannya, mesin antimateri akan melakukan pekerjaan yang sama dengan menggunakan beberapa miligram bahan bakar. Penghancuran timbal balik setengah kilogram partikel hidrogen dan antihidrogen melepaskan lebih banyak energi daripada bom hidrogen 10 megaton.
Karena alasan inilah Advanced Concepts Institute NASA sedang menyelidiki teknologi ini untuk misi masa depan ke Mars. Sayangnya, ketika melihat misi ke sistem bintang terdekat, jumlah bahan bakar yang dibutuhkan bertambah secara eksponensial, dan biayanya menjadi sangat besar (dan ini bukan pelesetan).
Menurut laporan yang disiapkan untuk Pameran dan Konferensi Propulsi Bersama AIAA / ASME / SAE / ASEE ke-39, roket antimateri dua tahap akan membutuhkan lebih dari 815.000 metrik ton bahan bakar untuk mencapai Proxima Centauri dalam 40 tahun. Ini relatif cepat. Tapi harganya …
Meskipun satu gram antimateri menghasilkan energi dalam jumlah yang luar biasa, menghasilkan satu gram saja akan membutuhkan 25 juta miliar kilowatt-jam energi dan akan berjumlah satu triliun dolar. Saat ini, jumlah total antimateri yang telah dibuat oleh manusia kurang dari 20 nanogram.
Dan bahkan jika kami dapat memproduksi antimateri dengan murah, kami akan membutuhkan kapal besar yang dapat menampung bahan bakar yang dibutuhkan. Menurut laporan oleh Dr. Darrell Smith dan Jonathan Webby dari Embry-Riddle Aviation University di Arizona, sebuah kapal antarbintang bertenaga antimateri dapat mencapai 0,5 kecepatan cahaya dan mencapai Proxima Centauri dalam waktu 8 tahun lebih sedikit. Namun, kapal itu sendiri akan memiliki berat 400 ton dan membutuhkan 170 ton bahan bakar antimateri.
Cara yang mungkin untuk mengatasinya adalah dengan membuat kapal yang akan membuat antimateri dan kemudian menggunakannya sebagai bahan bakar. Konsep ini, yang dikenal sebagai Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARY), diusulkan oleh Richard Obausi dari Icarus Interstellar. Berdasarkan gagasan pemrosesan ulang di tempat, VARY akan menggunakan laser besar (didukung oleh panel surya besar) untuk membuat partikel antimateri saat ditembakkan ke ruang kosong.
Mirip dengan konsep ramjet termonuklir, proposal ini memecahkan masalah pengangkutan bahan bakar dengan mengekstraksi langsung dari luar angkasa. Tetapi sekali lagi, biaya kapal semacam itu akan sangat tinggi jika dibangun dengan metode modern kita. Kita tidak bisa begitu saja membuat antimateri dalam skala besar. Masalah radiasi juga perlu ditangani, karena pemusnahan materi dan antimateri menghasilkan semburan sinar gamma berenergi tinggi.
Mereka tidak hanya menimbulkan bahaya bagi kru, tetapi juga bagi mesin, sehingga mereka tidak hancur menjadi partikel subatomik di bawah pengaruh semua radiasi ini. Singkatnya, mesin antimateri sama sekali tidak praktis dengan teknologi kita saat ini.
Alcubierre Warp Drive
Para pecinta fiksi ilmiah pasti akrab dengan konsep drive warp (atau Alcubierre drive). Diusulkan oleh fisikawan Meksiko Miguel Alcubierre pada tahun 1994, gagasan ini merupakan upaya untuk membayangkan pergerakan seketika di luar angkasa tanpa melanggar teori relativitas khusus Einstein. Singkatnya, konsep ini melibatkan peregangan struktur ruangwaktu menjadi gelombang, yang, secara teori, akan menyebabkan ruang di depan objek berkontraksi dan di belakangnya mengembang.
Sebuah benda di dalam gelombang ini (kapal kita) akan dapat menaiki gelombang ini, berada dalam "gelembung lengkung", dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi daripada yang relatif. Karena kapal tidak bergerak dalam gelembung itu sendiri, tetapi diangkut olehnya, hukum relativitas dan ruang-waktu tidak akan dilanggar. Faktanya, metode ini tidak melibatkan pergerakan yang lebih cepat dari kecepatan cahaya dalam pengertian lokal.
Ini "lebih cepat dari cahaya" hanya dalam arti bahwa kapal dapat mencapai tujuannya lebih cepat daripada sinar cahaya yang bergerak di luar gelembung lungsin. Dengan asumsi pesawat ruang angkasa akan dilengkapi dengan sistem Alcubierre, pesawat tersebut akan mencapai Proxima Centauri dalam waktu kurang dari 4 tahun. Oleh karena itu, jika kita berbicara tentang perjalanan ruang angkasa antarbintang teoretis, sejauh ini teknologi ini paling menjanjikan dalam hal kecepatan.
Tentu saja, seluruh konsep ini sangat kontroversial. Argumen yang menentang, misalnya, termasuk bahwa ia tidak memperhitungkan mekanika kuantum dan dapat disangkal oleh teori segalanya (seperti loop gravitasi kuantum). Perhitungan jumlah energi yang dibutuhkan juga menunjukkan bahwa penggerak warp akan sangat rakus. Ketidakpastian lainnya termasuk keamanan sistem tersebut, efek ruang-waktu di tempat tujuan, dan pelanggaran kausalitas.
Namun, pada 2012, ilmuwan NASA Harold White mengatakan bahwa dia dan rekan-rekannya mulai menjajaki kemungkinan pembuatan mesin Alcubierre. White menyatakan bahwa mereka telah membangun interferometer yang akan menangkap distorsi spasial yang dihasilkan oleh ekspansi dan kontraksi ruangwaktu metrik Alcubierre.
Pada 2013, Jet Propulsion Laboratory mempublikasikan hasil uji medan warp, yang dilakukan dalam kondisi vakum. Sayangnya, hasilnya dianggap “tidak meyakinkan”. Dalam jangka panjang, kita mungkin menemukan bahwa metrik Alcubierre melanggar satu atau lebih hukum alam yang mendasar. Dan bahkan jika fisika ternyata benar, tidak ada jaminan bahwa sistem Alcubierre dapat digunakan untuk penerbangan.
Secara umum, semuanya seperti biasa: Anda lahir terlalu dini untuk bepergian ke bintang terdekat. Namun demikian, jika umat manusia merasa perlu untuk membangun sebuah "bahtera antarbintang" yang akan menampung masyarakat manusia yang mandiri, dibutuhkan waktu seratus tahun untuk sampai ke Proxima Centauri. Jika, tentu saja, kita ingin berinvestasi dalam acara semacam itu.
Dari segi waktu, semua metode yang tersedia tampaknya sangat terbatas. Dan jika kita menghabiskan ratusan ribu tahun bepergian ke bintang terdekat, kita mungkin tidak terlalu tertarik, ketika kelangsungan hidup kita sendiri dipertaruhkan, seiring kemajuan teknologi ruang angkasa, metode-metode itu akan tetap sangat tidak praktis. Pada saat bahtera kita mencapai bintang terdekat, teknologinya akan menjadi usang, dan umat manusia itu sendiri mungkin tidak ada lagi.
Jadi, kecuali kita membuat terobosan besar dalam teknologi fusi, antimateri, atau laser, kita akan puas menjelajahi tata surya kita sendiri.
Berdasarkan materi dari Universe Today
- Bagian 1 -
