Czy ludzie kiedykolwiek zbudują statki kosmiczne?

„Czy kiedykolwiek będziemy żyć wśród gwiazd?”

To wielkie pytanie Rachel Armstrong - i jest zdecydowana odpowiedzieć. Jako profesor architektury eksperymentalnej na Uniwersytecie Newcastle w Wielkiej Brytanii, Armstrong zastanawiał się nad konstrukcją zerową dla całej swojej kariery, a zwłaszcza od czasu dołączenia do Icarus Interstellar, międzynarodowego projektu mającego na celu promowanie i ułatwianie lotu międzygwiezdnego w XXI wieku. „Ma to związek z przekroczeniem naszych limitów i byciem czymś więcej niż to, czym jesteśmy teraz” - mówi. „Pytanie o statek kosmiczny naprawdę dotyczy natury ludzkości. I to różni się od pytania, czy my mogą zbuduj statek kosmiczny. ”

Puszka lub nie może ulec zmianie, ale wola lub nie może być produktem samej ludzkości - nasze rozumowanie, nasze priorytety. Kontekst pytania statku kosmicznego to wzrost populacji, pogorszenie stanu środowiska, badania naukowe i impuls do eksploracji. W porównaniu z tym wszystkim, określenie przedmiotu dochodzenia jest łatwe: statek kosmiczny, według Armstronga, jest statkiem, który może być użyty do transportu życia organicznego do światów poza naszym układem słonecznym. Istnieją dwie główne cechy, które oddzielają statek kosmiczny od innych rodzajów statków kosmicznych: zdolność do podtrzymywania życia na pokładzie przez długi czas i zdolność przenoszenia tego życia na inne księżyce i planety.

Życie w kosmosie jest rzeczą, którą możemy zrobić. Właśnie to oferuje ISS. To, czego ISS nie może zrobić, to przesunąć się na dystans galaktyczny. Napęd jest, jeśli chodzi o statki kosmiczne, pocieranie. Naukowcy szacują, że aby dotrzeć do innego układu gwiezdnego w ciągu 100 lat, statek kosmiczny musiałby podróżować z prędkością około 10 procent prędkości światła. Bez napędu warp sprawy są trudne.

Ze wszystkich obecnych lub proponowanych technologii Armstrong uważa, że ​​żagle słoneczne są najbardziej realistyczne. Żagiel słoneczny w zasadzie wykorzystuje ciśnienie promieniowania emitowane przez gwiazdy jako siłę napędową. Ciśnienie promieniowania w tym przypadku będzie oddziaływać na duże, ultracienkie lustra przymocowane do statku kosmicznego jak żagiel, przesuwając go do przodu z bardzo dużą prędkością. Jest to (stosunkowo) niedrogi rodzaj napędu. W rzeczywistości jest on tak tani, że stanowi podstawę finansowanego przez obywateli projektu LightSail Towarzystwa Planetarnego, który odbył lot testowy w czerwcu 2015 r. Nie ma potrzeby noszenia i przechowywania na pokładzie jakiegokolwiek rodzaju paliwa.

„Możemy zacząć to budować”, mówi Armstrong.

Ale są wady. Jeśli nieoczekiwane kawałki pyłu kosmicznego i gruzu uderzą w cienki materiał żagla, całość może zostać nieodwracalnie uszkodzona w ciągu kilku sekund. Armstrong twierdzi, że skanowanie sond zautomatyzowanych w poszukiwaniu takich kosmicznych śmieci może pomóc w zapewnieniu wczesnego ostrzegania, ale żagiel nadal będzie musiał wykonywać manewry wymijające. Jeśli na pokładzie nie ma zapasowych systemów napędowych, astronauci mieliby całkowitą łaskę ciśnienia promieniowania i wiatru słonecznego, które są mniej niż przewidywalne.

Istnieją inne, bardziej radykalne technologie napędu, które prawdopodobnie miałyby większy sens w przypadku większych typów statków kosmicznych. Energia jądrowa ma największy sens. Możemy już zrobić rozszczepienie jądrowe (tak właśnie zasilamy reaktory jądrowe tutaj na Ziemi), ale fuzja jądrowa byłaby dużo bardziej wydajny. Wiele innych rodzajów technologii konceptualnych wykorzystuje technologię fuzji, takich jak użycie laserów i wiązek elektronów do napędzania statku do przodu. Niestety, nie wydaje nam się, żebyśmy byli bliżej uczynienia fuzji rzeczywistością niż dziesięć lat temu.

Inną dużą przeszkodą w projektowaniu statków kosmicznych jest zdolność do zamieszkania. Jedną rzeczą jest wysyłanie ludzi w kosmos, a innym, aby utrzymać ich przy życiu. Armstrong twierdzi, że można to zrobić, ale tylko z glebą.

„Jeśli zamierzamy przetrwać, będziemy potrzebować ziemi” - mówi. „Tam jest materia organiczna”.

Gleba jest niezbędna do wzrostu roślin, co jest niezbędne do produkcji tlenu, owoców i warzyw. Różne rodzaje roślin mogą również dostarczać mnóstwo różnych materiałów organicznych pomocnych w wielu różnych okolicznościach. Niestety, te badania są trudne do przeprowadzenia. Międzynarodowy traktat kosmiczny z 1967 r. Ogranicza eksperymenty na mikroorganizmach w ekstremalnym środowisku. Zakładając, że traktat został zmodyfikowany, naukowcy musieliby znaleźć sposób na wykorzystanie dynamicznych procesów chemicznych do terraformacji wysoce zlokalizowanych stref. Wymagałoby to „super gleby”.

„Możemy zaprojektować złożone tkaniny, które wykraczają poza ideę mieszania wody i powietrza w określonych proporcjach” - mówi Armstrong. „Gdybyśmy strategicznie wprowadzili różne rodzaje organizmów, a może nawet tkaniny technologiczne, moglibyśmy odkryć, że gleby mogą zrobić o wiele więcej niż naturalnie”.

Biologia syntetyczna może nawet pomóc nam w bioinżynierii, która mogłaby odgrywać kluczową rolę w środowisku statku kosmicznego. Rośliny te można produkować w większych ilościach, żyć z mniejszych zasobów, filtrować systemy wodne w celu recyklingu wody pitnej, produkować owoce i warzywa w szybszym tempie itp.

Ale zrównoważone siedlisko to nie tylko zapewnienie zasobów, które pomogą rozwijać życie. Armstrong spędził wiele czasu na odkrywaniu „żywych technologii” - w których materiały metaboliczne działają jako „interfejs chemiczny lub język, przez który sztuczne struktury, takie jak architektura, mogą łączyć się z systemami naturalnymi”. Materiały te zasadniczo posiadają cechy metaboliczne, które pozwalają im przekształcić się w różne stany poprzez procesy energetyczne. Armstrong jest najbardziej zainteresowany zrozumieniem, w jaki sposób materiały metaboliczne mogą uczestniczyć w tworzeniu ekologicznego krajobrazu obok bardziej konwencjonalnych materiałów strukturalnych.

Jednym z przykładów są „kropelki oleju protocelowego”, które mogą poruszać się po środowisku i ulegać złożonym zachowaniom w oparciu o zmieniające się warunki. Może to oznaczać, że staje się coraz mniej wrażliwe na światło; reagowanie na wibracje i wstrząsy; zmienianie zmieniających się kompozycji powietrza przez zrzucanie różnych rodzajów produktów odpadowych; lub nawet samonaprawiający się po uszkodzeniu. Ta ostatnia umiejętność może być szczególnie przydatna do tworzenia warstwy kadłuba statku kosmicznego, który pomaga zminimalizować szkody wyrządzone przez inne niewidoczne obiekty raniące przestrzeń, takie jak małe skały lub kawałki lodu.

Przeszkody te sprawiają, że mało prawdopodobne jest, abyśmy dotrzymali narzuconego przez Armstronga terminu 2100 gwiazd. Nawet jeśli ograniczenia technologiczne nie byłyby problemem, siły gospodarcze i polityczne niewątpliwie spowolniłyby ten proces. Mimo to, Armstrong ma nadzieję, że wraz ze wzrostem zainteresowania powrotem na Księżyc i sprowadzeniem ludzi na Marsa, możemy wkrótce założyć stację badawczą poświęconą wyłącznie rozważaniu budowy statku kosmicznego.

„Poważnie podchodzimy do stworzenia cywilizacji międzyplanetarnej” - mówi Armstrong.

„Chociaż brzmi to jak science fiction, myślenie o statkach kosmicznych zachęca nas do strategicznego myślenia o tym, jak robimy rzeczy w perspektywie długoterminowej, dla przyszłych pokoleń. Nie wiemy, co się stanie dalej, ale musimy iść w nieznane. ”