L'auteur de l'article raconte en détail quatre technologies prometteuses qui donnent aux gens la possibilité d'atteindre n'importe quel endroit de l'Univers au cours d'une vie humaine. À titre de comparaison: avec l'utilisation de la technologie moderne, le chemin vers un autre système stellaire prendra environ 100 mille ans.
Depuis que l'homme a regardé pour la première fois dans le ciel nocturne, nous rêvons de visiter d'autres mondes et de voir l'Univers. Et alors que nos fusées à propulsion chimique ont déjà atteint de nombreuses planètes, lunes et autres corps du système solaire, le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, n'a parcouru que 22,3 milliards de kilomètres. Cela ne représente que 0,056% de la distance par rapport au système stellaire connu le plus proche. En utilisant la technologie moderne, le chemin vers un autre système stellaire prendra environ 100 mille ans.
Cependant, il n'est pas nécessaire d'agir comme nous l'avons toujours fait. L'efficacité de l'envoi de véhicules avec une grande masse de charge utile, même avec des humains à bord, sur des distances sans précédent dans l'univers peut être grandement améliorée si la bonne technologie est utilisée. Plus précisément, il existe quatre technologies prometteuses qui peuvent nous amener vers les étoiles en beaucoup moins de temps. Les voici.
1). Technologie nucléaire. Jusqu'à présent dans l'histoire de l'humanité, tous les engins spatiaux lancés dans l'espace ont une chose en commun: un moteur à carburant chimique. Oui, le carburant pour fusée est un mélange spécial de produits chimiques conçu pour fournir une poussée maximale. L'expression «produits chimiques» est ici importante. Les réactions qui donnent de l'énergie au moteur sont basées sur la redistribution des liaisons entre les atomes.
Cela limite fondamentalement nos actions! L'écrasante majorité de la masse d'un atome tombe sur son noyau - 99,95%. Lorsqu'une réaction chimique commence, les électrons tournant autour des atomes sont redistribués et libèrent généralement sous forme d'énergie environ 0,0001% de la masse totale des atomes participant à la réaction, selon la célèbre équation d'Einstein: E = mc2. Cela signifie que pour chaque kilogramme de carburant chargé dans la fusée, pendant la réaction, vous recevez une énergie équivalente à environ 1 milligramme.
Cependant, si des fusées à combustible nucléaire sont utilisées, la situation sera radicalement différente. Au lieu de vous fier aux changements dans la configuration des électrons et à la manière dont les atomes se lient les uns aux autres, vous pouvez libérer une quantité d'énergie relativement énorme en influençant la manière dont les noyaux des atomes sont connectés les uns aux autres. Lorsque vous fissionnez un atome d'uranium en le bombardant de neutrons, il émet beaucoup plus d'énergie que n'importe quelle réaction chimique. 1 kilogramme d'uranium 235 peut libérer une quantité d'énergie équivalente à 911 milligrammes de masse, ce qui est presque mille fois plus efficace que le carburant chimique.
Nous pourrions rendre les moteurs encore plus efficaces si nous maîtrisions la fusion nucléaire. Par exemple, un système de fusion thermonucléaire à inertie contrôlée, à l'aide duquel il serait possible de synthétiser l'hydrogène en hélium, une telle réaction en chaîne se produit sur le Soleil. La synthèse de 1 kilogramme d'hydrogène combustible en hélium convertira 7,5 kilogrammes de masse en énergie pure, ce qui est presque 10 mille fois plus efficace que le carburant chimique.
L'idée est d'obtenir la même accélération pour une fusée pendant une période beaucoup plus longue: des centaines voire des milliers de fois plus que maintenant, ce qui leur permettrait de se développer des centaines ou des milliers de fois plus vite que les fusées conventionnelles actuellement. Une telle méthode réduirait le temps de vol interstellaire à des centaines, voire des dizaines d'années. Il s'agit d'une technologie prometteuse que nous pourrons utiliser d'ici 2100, selon le rythme et la direction du développement scientifique.
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2). Un faisceau de lasers cosmiques. Cette idée est au cœur du projet Breakthrough Starshot qui a pris de l'importance il y a plusieurs années. Au fil des années, le concept n'a pas perdu de son attractivité. Alors qu'une fusée conventionnelle transporte du carburant avec elle et l'utilise pour accélérer, l'idée clé de cette technologie est un faisceau de lasers puissants qui donneront au vaisseau spatial l'impulsion nécessaire. En d'autres termes, la source d'accélération sera découplée du navire lui-même.
Ce concept est à la fois passionnant et révolutionnaire à bien des égards. Les technologies laser se développent avec succès et deviennent non seulement plus puissantes, mais aussi hautement collimatées. Donc, si nous créons un matériau semblable à une voile qui reflète un pourcentage suffisamment élevé de lumière laser, nous pouvons utiliser un tir laser pour que le vaisseau spatial développe des vitesses colossales. Un «vaisseau spatial» pesant ~ 1 gramme devrait atteindre une vitesse d'environ 20% de la vitesse de la lumière, ce qui lui permettra de voler vers l'étoile la plus proche, Proxima Centauri, en seulement 22 ans.
Bien sûr, pour cela, nous devrons créer un énorme faisceau de lasers (environ 100 km2), et cela doit être fait dans l'espace, bien que ce soit plus un problème de coût que la technologie ou la science. Cependant, un certain nombre de défis doivent être surmontés pour pouvoir mener à bien un tel projet. Parmi eux:
- une voile non supportée tournera, une sorte de mécanisme de stabilisation (pas encore développé) est nécessaire;
- l'impossibilité de freiner lorsque le point de destination est atteint, car il n'y a pas de carburant à bord;
- même s'il s'avère qu'il s'agit de faire évoluer l'appareil pour transporter des personnes, une personne ne pourra pas survivre avec une énorme accélération - une différence de vitesse significative sur une courte période de temps.
Peut-être qu'un jour la technologie pourra nous emmener dans les étoiles, mais il n'y a pas de méthode efficace pour qu'une personne atteigne une vitesse égale à ~ 20% de la vitesse de la lumière.
3). Carburant antimatière. Si nous voulons toujours transporter du carburant avec nous, nous pouvons le rendre le plus efficace possible: il sera basé sur l'annihilation de particules et d'antiparticules. Contrairement aux combustibles chimiques ou nucléaires, où seule une fraction de la masse à bord est convertie en énergie, l'annihilation particules-antiparticules utilise 100% de la masse des particules et des antiparticules. La capacité de convertir tout le carburant en énergie pulsée est le plus haut niveau d'efficacité énergétique.
Des difficultés se posent dans l'application de cette méthode dans la pratique dans trois domaines principaux. Plus précisément:
- création d'antimatière neutre stable;
- la capacité de l'isoler de la matière ordinaire et de la contrôler avec précision;
- produire de l'antimatière en quantité suffisante pour le vol interstellaire.
Heureusement, les deux premières questions sont déjà en cours d'élaboration.
L'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), qui abrite le grand collisionneur de hadrons, possède un immense complexe appelé «usine d'antimatière». Là, six équipes indépendantes de scientifiques étudient les propriétés de l'antimatière. Ils prennent des antiprotons et les ralentissent, forçant le positron à se lier à eux. C'est ainsi que sont créés les antiatomes ou l'antimatière neutre.
Ils isolent ces antiatomes dans un conteneur avec des champs électriques et magnétiques variables qui les maintiennent en place, à l'écart des parois d'un conteneur fait de matière. À l'heure actuelle, mi-2020, ils ont réussi à isoler et à stabiliser plusieurs antiatomes pendant une heure à la fois. Au cours des prochaines années, les scientifiques pourront contrôler le mouvement de l'antimatière dans le champ gravitationnel.
Cette technologie ne nous sera pas disponible dans un proche avenir, mais il se peut que notre moyen le plus rapide de voyager interstellaire soit une fusée à antimatière.
4). Vaisseau sur la matière noire. Cette option repose certainement sur l'hypothèse que toute particule responsable de la matière noire se comporte comme un boson et est sa propre antiparticule. En théorie, la matière noire, qui est sa propre antiparticule, a une petite chance, mais non nulle, de s'annihiler avec toute autre particule de matière noire qui entre en collision avec elle. Nous pouvons potentiellement utiliser l'énergie libérée à la suite de la collision.
Il existe des preuves possibles pour cela. À la suite d'observations, il a été établi que la Voie lactée et d'autres galaxies ont un excès inexplicable de rayonnement gamma provenant de leurs centres, où la concentration d'énergie noire devrait être la plus élevée. Il y a toujours la possibilité qu'il y ait une explication astrophysique simple à cela, par exemple, les pulsars. Cependant, il est possible que ce soit encore de la matière noire qui s'annihile avec elle-même au centre de la galaxie et nous donne ainsi une idée incroyable - un vaisseau sur la matière noire.
L'avantage de cette méthode est que la matière noire existe littéralement partout dans la galaxie. Cela signifie que nous n'avons pas à transporter de carburant avec nous pendant le voyage. Au lieu de cela, le "réacteur" d'énergie noire peut simplement faire ce qui suit:
- prenez toute matière noire qui se trouve à proximité;
- accélérer son annihilation ou lui permettre de s'annihiler naturellement;
- rediriger l'énergie reçue pour gagner de l'élan dans n'importe quelle direction souhaitée.
Un humain pourrait contrôler la taille et la puissance du réacteur pour obtenir les résultats souhaités.
Sans le besoin de carburant à bord, de nombreux problèmes liés aux voyages spatiaux propulsés disparaîtront. Au lieu de cela, nous pourrons réaliser le rêve chéri de n'importe quel voyage: une accélération constante et illimitée. Cela nous donnera la capacité la plus impensable - la capacité d'atteindre n'importe quel endroit de l'Univers au cours d'une vie humaine.
Si nous nous limitons aux technologies de fusées existantes, il nous faudra au moins des dizaines de milliers d'années pour voyager de la Terre au système stellaire le plus proche. Cependant, des progrès significatifs dans la technologie des moteurs sont à portée de main, et ils réduiront les temps de trajet à une vie humaine. Si nous pouvons gérer l'utilisation du combustible nucléaire, des faisceaux laser cosmiques, de l'antimatière ou même de la matière noire, nous réaliserons notre propre rêve et deviendrons une civilisation spatiale sans l'utilisation de technologies perturbatrices telles que les distorsions.
Il existe de nombreuses façons potentielles de transformer des idées fondées sur la science en technologies de moteur de prochaine génération réalisables et concrètes. Il est fort possible que d'ici la fin du siècle, le vaisseau spatial, qui n'a pas encore été inventé, prenne la place de New Horizons, Pioneer et Voyager en tant qu'objets artificiels les plus éloignés de la Terre. La science est déjà prête. Il nous reste à regarder au-delà de notre technologie actuelle et à réaliser ce rêve.