Życie w kosmosie. Oto co stoi na przeszkodzie

Kosmos to przede wszystkim wielka pustka, a to powoduje znaczne ograniczenia w zakresie poruszania się, jak i manewrowania w tej przestrzeni. O ile na Ziemi przyzwyczajeni jesteśmy do tego, że możemy się odepchnąć od podłoża, wody lub powietrza, to w próżni kosmicznej brak jest tego ośrodka i jedyny sposób, aby jakkolwiek się poruszać, to zjawisko odrzutu wynikające z trzeciej zasady dynamiki Newtona. Mówiąc w skrócie: aby zmienić swoją prędkość lub kierunek w przestrzeni kosmicznej, musisz wyrzucić ze swojego pojazdu jakąś masę w kierunku przeciwnym do tego, na którym ci zależy.

Dlatego, choć w kwestii transportu i napędu, jako ludzkość rozwinęliśmy się w stopniu wręcz niesamowitym, to postępem w kwestii silników napędzających rakiety kosmiczne, było zaledwie zastosowanie ciut wydajniejszego paliwa. Niemniej dalej jest to prawie zawsze prymitywny wyrzut spalin pod dużym ciśnieniem. Problemów silników tego typu jest jednak wiele i różne pomysły na inne napędy próbują rozwiązać poszczególne z nich.

Pierwszą wadą, którą weźmiemy na tapet, jest czas działania. Tradycyjny napęd rakietowy, ze względu na rodzaj paliwa, jest niemożliwy do wyłączenia po jego rozpaleniu, przez co wyrzuca wszystkie gazy napędowe w kilkanaście minut. Musi więc w tym czasie nabrać docelowej prędkości, by dalej już poruszać się wyłącznie ruchem ze stałą prędkością (gdyż już w próżni kosmicznej nie ma żadnych oporów dla tego ruchu).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Silnik jonowy jest koncepcją w pewnym sensie odwrotną - czyli nie nabieramy prędkości w krótkim czasie, by potem lecieć w stałym tempie, ale prędkość nabieramy stale, za to bardzo powoli.

Zasada działania jest bardzo prosta - tym, co wyrzucamy za siebie, by skorzystać z trzeciej zasady dynamiki, są zawarte w nazwie silnika jony, a wyrzucamy je, korzystając z pola magnetycznego, wytwarzanego najczęściej za pomocą małego reaktora atomowego.

I wydawać by się mogło, że to nie ma prawa działać, bo przecież jony, jako pojedyncze naładowane cząstki, mają niewiarygodnie małą masę, ale dwa czynniki działają na naszą korzyść: wyrzucamy je z prędkością światła, więc kilogram materii rozpędzonej do 300 tys. km/s daje ten sam efekt, co tona spalin rozpędzonych do 300 km/s; i możemy to robić stale w zasadzie przez setki lat bez przerwy.

Niestety nie jesteśmy w stanie wyrzucić np. kilograma w sekundę, więc nabieranie prędkości jest dużo bardziej powolne. Do tego stopnia, że te same około 6 km/s, które osiągniemy za pomocą rakiety na paliwo stałe, w zależności od modelu, w jakieś 15 minut, silnikowi jonowemu może zająć nawet i pół roku. Różnica polega na tym, że po kolejnych 15 minutach rakieta z silnikiem standardowym osiągnie swoje docelowe 12 km/s, a ta z napędem jonowym, co prawda dojdzie do tej wartości po roku, ale nie przestanie przyspieszać dalej.

O ile chcemy polecieć na Księżyc, nie ma to żadnego sensu, ale jeśli planujemy lot na odległość miliardów kilometrów, to… opiszmy to na przykładzie:

Lecimy na odległość trzech lat świetlnych ze stałą prędkością 12 km/s. Przelot zajmie nam… 3125 lat (ciut mniej, licząc dni przestępne, tu przyjęliśmy, że rok to zawsze 365 dni).

A co jeśli będziemy stale przyspieszać o 12 km/s rocznie? (tak dla porównania, daje to nam około 118 km/h dziennie, czyli od 0 do setki w nieco ponad 20 godzin). Uwzględnijmy, że połowa ruchu to nabieranie prędkości, a druga to hamowanie z tym samym przyspieszeniem, tylko w drugą stronę. W rezultacie nabierać prędkości będziemy niecałe 274 lata; tyleż samo czasu będziemy hamować, co da nam czas lotu wynoszący 548 lat. A maksymalna prędkość lotu to zawrotne 3286,3 km/s więc aż 1,1 proc. prędkości światła.

Nadal dużo, ale już ponad pięć razy krócej. A im dalej, tym różnice stają się większe.

Dla odległości 12 lat świetlnych silnik na paliwo stałe to cztery razy dłuższy czas, więc 12 500 lat, ale już silnik jonowy uwinie się w 1095 i pół roku, czyli aż 11,4 razy szybciej. Dla 120 lat świetlnych różnica jest już trzydziestosześciokrotna, a maksymalna prędkość wynosi prawie 7 proc. prędkości światła. Ale dalej - lot trwałby 3,5 tys. lat.

Innym opcjom poświęcimy mniej uwagi, bo to koncepcje teoretyczne, które nigdy nie były testowane w praktyce.

Pierwsza z nich pochodzi z książki sci-fi pewnego fizyka i od jego nazwiska nosi nazwę silnika Alcubierre’a - ma to być coś, co zakrzywia czasoprzestrzeń z pomocą antymaterii, powodując, że statek niejako żegluje na fali grawitacyjnej, przez co może nawet poruszać się powyżej prędkości światła, bo to przestrzeń się przesuwa, a nie on. I choć to wydaje się nierealne, to są fizycy twierdzący, że to by się mogło udać.

Druga ciekawa opcja to wyrzucanie za statkiem bomb atomowych, zdetonowanych w takiej odległości, która pozwoli fali uderzeniowej nadać mu prędkości, ale zarazem nie spowoduje zagrożenia dla urządzeń ani załogi, co z kolei może wymagać zabezpieczeń mających na tyle dużą masę, że ostatecznie zamiast dać korzyści, tylko dodaje niepotrzebnego balastu.

Ostatecznie zapewne, jeśli odległa misja kosmiczna wyruszy, to pojazd wyposażony będzie w kilka rodzajów napędu, a czas przelotu skrócony z tysięcy lat na setki. Jednak to dalej absurdalnie długo. Przecież ludzie tyle nie żyją, to jak niby mieliby tyle lecieć?

Pojedynczy ludzie faktycznie tyle nie żyją, ale ludzkość jako całość już tak. W zależności od szacunków, od początku istnienia gatunku homo sapiens minęło już między 70 a nawet 200 tys. lat i liczymy na przyszłość wynoszącą co najmniej kilka razy tyle, więc gdyby od tego miało zależeć nasze przetrwanie jako gatunku, to co prawda ci, którzy wyruszają w nieznane, nigdy nie doczekają dotarcia do celu, ale zapewniając na samym statku, czy bardziej ogromnym latającym mieście, warunki do przetrwania kolejnych pokoleń, mogą sprawić, że na miejsce dotrą praprawnuki pierwotnych astronautów.

Oczywiście problemem może być tu logistyka. Sama organizacja czegoś takiego zajmie wiele lat, a może i kilka pokoleń, niemniej jest to teoretycznie możliwe przy aktualnie obowiązującej technologii - choć zapewne, jeśli dojdzie do skutku, oprze się również o rozwiązania techniczne, których dziś jeszcze nie znamy. Jedno jest jednak pewne - taki statek arka musi być po prostu przeogromny i problemem będzie nie tylko zbudowanie go, ale i sam start, bo żaden silnik nie będzie w stanie poruszyć takiej masy z uwagi na konieczność pokonania oporu ziemskiej atmosfery oraz grawitacji. Ale i na to jest rozwiązanie.

Oczywiście możemy również zbudować wielki statek do przemierzania kosmosu bezpośrednio w przestrzeni kosmicznej, gdzie nie ma w ogóle grawitacji, ale jest to trudne i wymaga niesamowitej precyzji, a i każdorazowo trzeba by wysyłać części na orbitę. Dlatego właśnie baza księżycowa wydaje się być zarówno najsensowniejszym miejscem budowy statku do podboju kosmosu, jak i idealnym punktem startu. Siła grawitacji aż sześć razy mniejsza, atmosfera praktycznie nie istnieje, a do tego już wstępnie nadana prędkość z uwagi na ruch obiegowy naszego satelity wokół Ziemi. Do tego można jeszcze dodatkowo rozpędzić się, korzystając z tak zwanej asysty grawitacyjnej, przed wylotem w stronę dalekich gwiazd, okrążając najpierw naszą planetę.

Tylko nawet wiedząc jak i mając czym - gdzie właściwie powinniśmy lecieć? Jak znaleźć planetę, na której będziemy mogli się osiedlić? To temat będący obiektem zainteresowań wielu naukowców.

Ten materiał prezentujemy w ramach współpracy z Patronite.pl. Autorem jest Adrian Bielak "Nihilistyczny ateista", który promuje nihilizm, rozumiany jako skrajny sceptycyzm poznawczy, czyli najlepszą broń w walce z półprawdami i fake newsami, które nas otaczają. Możesz wspierać Autora bezpośrednio na jego profilu na Patronite