Todos nós já fizemos essa pergunta em algum momento de nossas vidas: quanto tempo levaria para viajar para as estrelas? Poderia ser na vida de uma pessoa e esse tipo de viagem poderia se tornar a norma algum dia? Existem muitas respostas possíveis para essa pergunta - algumas muito simples, outras nos domínios da ficção científica. Mas apresentar uma resposta abrangente significa levar muitas coisas em consideração.
Infelizmente, qualquer avaliação realista provavelmente produzirá respostas que desencorajarão totalmente os futuristas e entusiastas de viagens interestelares. Goste ou não, o espaço é muito grande e nossa tecnologia ainda é muito limitada. Mas, se alguma vez pensarmos em “deixar o ninho”, teremos várias opções para chegar aos sistemas solares mais próximos da nossa galáxia.
A estrela mais próxima da Terra é o nosso Sol, que é uma estrela razoavelmente "média" na "Sequência Principal" de Hertzsprung - Russell Diagram. Isso significa que é altamente estável, fornecendo à Terra o tipo certo de luz solar para a vida evoluir em nosso planeta. Sabemos que existem planetas orbitando outras estrelas próximas ao nosso Sistema Solar, e muitas dessas estrelas são semelhantes às nossas.
No futuro, se a humanidade desejar deixar o Sistema Solar, teremos uma enorme variedade de estrelas para as quais poderíamos viajar, e muitas poderão ter as condições certas para a vida prosperar. Mas para onde iríamos e quanto tempo levaria para chegarmos lá? Lembre-se, tudo isso é especulativo e, atualmente, não há referência para viagens interestelares. Dito isto, aqui vamos nós!
Estrela mais próxima:
Como já foi observado, a estrela mais próxima do nosso Sistema Solar é o Proxima Centauri, e é por isso que faz mais sentido traçar uma missão interestelar para esse sistema primeiro. Como parte de um sistema de estrelas triplas chamado Alpha Centauri, o Proxima está a cerca de 4,24 anos-luz (ou 1,3 parsecs) da Terra. Alpha Centauri é na verdade a estrela mais brilhante dos três no sistema - parte de um binário em órbita 4,33 anos-luz da Terra - enquanto Proxima Centauri (o mais escuro dos três) é uma anã vermelha isolada a cerca de 0,13 anos-luz do binário .
E enquanto as viagens interestelares evocam todos os tipos de visões das viagens mais rápidas que a luz (FTL), variando de velocidade de dobra e buracos de minhoca a unidades de salto, essas teorias são altamente especulativas (como a Alcubierre Drive) ou inteiramente a província da ciência ficção. Com toda a probabilidade, qualquer missão espacial profunda provavelmente levará gerações para chegar lá, em vez de alguns dias ou em um flash instantâneo.
Então, começando com uma das formas mais lentas de viagens espaciais, quanto tempo levará para chegar ao Proxima Centauri?
Métodos atuais:
A questão de quanto tempo levaria para chegar a algum lugar no espaço é um pouco mais fácil quando se lida com a tecnologia e os corpos existentes em nosso Sistema Solar. Por exemplo, usar a tecnologia que alimentou a missão New Horizons - que consistia em 16 propulsores alimentados com monopropelente de hidrazina - chegar à Lua levaria apenas 8 horas e 35 minutos.
Por outro lado, há a missão SMART-1 da Agência Espacial Européia (ESA), que demorou a viajar para a Lua usando o método de propulsão iônica. Com essa tecnologia revolucionária, cuja variação foi usada pela sonda Dawn para chegar a Vesta, a missão SMART-1 levou um ano, um mês e duas semanas para chegar à Lua.
Portanto, desde a rápida espaçonave de propulsão a foguete até a unidade de íons econômica, temos algumas opções para percorrer o espaço local - além disso, poderíamos usar Júpiter ou Saturno para um estilingue pesado gravitacional. No entanto, se contemplássemos missões para algum lugar um pouco mais distante, teríamos que ampliar nossa tecnologia e analisar o que é realmente possível.
Quando dizemos possíveis métodos, estamos falando daqueles que envolvem a tecnologia existente ou daqueles que ainda não existem, mas são tecnicamente viáveis. Alguns, como você verá, são consagrados e comprovados, enquanto outros estão surgindo ou ainda estão no quadro. Em quase todos os casos, eles apresentam um cenário possível (mas extremamente demorado ou caro) para alcançar até as estrelas mais próximas…
Propulsão iônica:
Atualmente, a forma mais lenta de propulsão e a mais econômica em combustível é o motor de íons. Algumas décadas atrás, a propulsão iônica era considerada objeto de ficção científica. No entanto, nos últimos anos, a tecnologia para suportar os motores de íons mudou da teoria para a prática em grande parte. A missão SMART-1 da ESA, por exemplo, concluiu com sucesso sua missão na Lua depois de percorrer um caminho espiral de 13 meses a partir da Terra.
O SMART-1 usava propulsores de íons movidos a energia solar, onde a energia elétrica era coletada de seus painéis solares e usada para acionar seus propulsores de efeito Hall. Apenas 82 kg de propulsor de xenônio foram usados para impulsionar o SMART-1 para a Lua. 1 kg de propulsor de xenônio forneceu um delta-v de 45 m / s. Essa é uma forma de propulsão altamente eficiente, mas não é de forma alguma rápida.
Uma das primeiras missões a usar a tecnologia de acionamento por íons foi a Espaço profundo 1 missão ao cometa Borrelly, realizada em 1998. O DS1 também usou um íon acionado por xenônio, consumindo 81,5 kg de propulsor. Ao longo de 20 meses de empuxo, o DS1 foi capaz de atingir uma velocidade de 56.000 km / h (35.000 milhas / h) durante o sobrevôo do cometa.
Os propulsores de íons são, portanto, mais econômicos que a tecnologia de foguetes, já que o impulso por unidade de massa de propulsor (também conhecido como impulso específico) é muito maior. Porém, os propulsores de íons levam muito tempo para acelerar a sonda a grandes velocidades, e a velocidade máxima que ela pode atingir depende do suprimento de combustível e da quantidade de energia elétrica que pode gerar.
Portanto, se a propulsão iônica fosse usada para uma missão em Proxima Centauri, os propulsores precisariam de uma enorme fonte de produção de energia (isto é, energia nuclear) e uma grande quantidade de propulsor (embora ainda menor que os foguetes convencionais). Mas, com base no pressuposto de que um suprimento de 81,5 kg de propulsor de xenônio se traduz em uma velocidade máxima de 56.000 km / h (e que não existem outras formas de propulsão disponíveis, como um estilingue gravitacional para acelerá-lo ainda mais), alguns cálculos podem ser feito.
Em resumo, a uma velocidade máxima de 56.000 km / h, Espaço profundo 1 assumiria 81.000 anos atravessar os 4,24 anos-luz entre a Terra e o Proxima Centauri. Para colocar essa escala de tempo em perspectiva, seriam mais de 2.700 gerações humanas. Portanto, é seguro dizer que uma missão interplanetária de motores de íons seria lenta demais para ser considerada para uma missão interestelar tripulada.
Porém, se os propulsores de íons fossem aumentados e mais poderosos (ou seja, a velocidade de escape do íon precisaria ser significativamente maior), seria possível transportar propulsor suficiente para manter a espaçonave funcionando durante toda a viagem de 4.243 anos-luz, para que o tempo de viagem pudesse ser bastante reduzido. Ainda não é o suficiente para acontecer na vida de alguém.
Método de assistência à gravidade:
O meio mais rápido de viagem espacial é conhecido como o método Gravity Assist, que envolve uma espaçonave usando o movimento relativo (ou seja, órbita) e a gravidade de um planeta para alterar o caminho e a velocidade. As assistências gravitacionais são uma técnica de vôo espacial muito útil, especialmente quando se usa a Terra ou outro planeta massivo (como um gigante gasoso) para aumentar a velocidade.
o Mariner 10 a sonda foi a primeira a usar esse método, usando a força gravitacional de Vênus para lançá-lo em direção a Mercúrio em fevereiro de 1974. Na década de 1980, o Voyager 1 a sonda usou Saturno e Júpiter para estilingues gravitacionais para atingir sua velocidade atual de 60.000 km / h (38.000 milhas / h) e transformá-la no espaço interestelar.
No entanto, foi o Helios 2 missão - que foi lançada em 1976 para estudar o meio interplanetário de 0,3 UA a 1 UA ao Sol - que detém o recorde de velocidade mais alta alcançada com uma assistência por gravidade. No momento, Helios 1 (lançado em 1974) e Helios 2 detinha o recorde de aproximação mais próxima do Sol. Helios 2 foi lançado por um veículo de lançamento convencional Titan / Centaur da NASA e colocado em uma órbita altamente elíptica.
Devido à grande excentricidade (0,54) da sonda órbita solar (190 dias), no periélio, Helios 2 foi capaz de atingir uma velocidade máxima de mais de 240.000 km / h (150.000 milhas / h). Essa velocidade orbital foi atingida apenas pela força gravitacional do Sol. Tecnicamente, o Helios 2 a velocidade do periélio não era um estilingue gravitacional, era uma velocidade orbital máxima, mas ainda mantém o recorde de ser o objeto feito pelo homem mais rápido, independentemente.
Então se Voyager 1 estava viajando na direção da anã vermelha Proxima Centauri a uma velocidade constante de 60.000 km / h, levaria 76.000 anos (ou mais de 2.500 gerações) para percorrer essa distância. Mas se pudesse atingir a velocidade recorde de Helios 2A aproximação próxima do Sol - uma velocidade constante de 240.000 km / h - levaria 19.000 anos (ou mais de 600 gerações) para viajar 4.243 anos-luz. Significativamente melhor, mas ainda não no campo da praticidade.
Movimentação eletromagnética (EM):
Outro método proposto de deslocamento interestelar vem na forma do propulsor de cavidade ressonante por radiofrequência (RF), também conhecido como EM Drive. Originalmente proposto em 2001 por Roger K. Shawyer, um cientista do Reino Unido que iniciou a Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) para concretizá-la, esse drive é construído em torno da idéia de que as cavidades eletromagnéticas de microondas podem permitir a conversão direta de energia elétrica .
Enquanto os propulsores eletromagnéticos convencionais são projetados para impulsionar um certo tipo de massa (como partículas ionizadas), esse sistema de acionamento específico não depende de massa de reação e não emite radiação direcional. Essa proposta encontrou muito ceticismo, principalmente porque viola a lei de Conservação do Momento - que afirma que, dentro de um sistema, a quantidade de momento permanece constante e não é criada nem destruída, mas apenas muda através da ação de forças.
No entanto, experimentos recentes com o design aparentemente produziram resultados positivos. Em julho de 2014, na 50ª Conferência Conjunta de Propulsão AIAA / ASME / SAE / ASEE, em Cleveland, Ohio, pesquisadores da pesquisa avançada de propulsão da NASA alegaram que haviam testado com sucesso um novo design para um acionamento de propulsão eletromagnético.
Isso foi seguido em abril de 2015, quando pesquisadores da NASA Eagleworks (parte do Johnson Space Center) alegaram que haviam testado com sucesso o disco no vácuo, uma indicação de que ele poderia realmente funcionar no espaço. Em julho do mesmo ano, uma equipe de pesquisa do departamento de Sistemas Espaciais da Universidade de Tecnologia de Dresden construiu sua própria versão do mecanismo e observou um impulso detectável.
Juan Yang, da Universidade Politécnica do Noroeste de Xian, na China, começou a publicar uma série de artigos sobre sua pesquisa sobre a tecnologia EM Drive. Isso culminou em seu artigo de 2012, onde relatou níveis mais altos de potência de entrada (2,5 kW) e de empuxo testado (720 mN). Em 2014, ela relatou ainda extensos testes envolvendo medições internas de temperatura com termopares incorporados, o que parecia confirmar que o sistema funcionava.
De acordo com cálculos baseados no protótipo da NASA (que produziu uma estimativa de energia de 0,4 N / kilowatt), uma espaçonave equipada com o drive EM poderia fazer a viagem a Plutão em menos de 18 meses. Esse é um sexto do tempo que a sonda New Horizons levou para chegar lá, que estava viajando a velocidades próximas a 58.000 km / h (36.000 mph).
Parece impressionante. Mas mesmo a esse ritmo, seria necessário um navio equipado com motores EM 13.000 anos para o navio chegar a Proxima Centauri. Aproximando-se, mas não com rapidez suficiente! e até que a tecnologia possa ser definitivamente comprovada funcionando, não faz muito sentido colocar nossos ovos nessa cesta.
Propulsão térmica nuclear / elétrica nuclear (NTP / NEP):
Outra possibilidade para o vôo espacial interestelar é usar naves espaciais equipadas com motores nucleares, um conceito que a NASA vem explorando há décadas. Em um foguete de Propulsão Térmica Nuclear (NTP), reações de urânio ou deutério são usadas para aquecer hidrogênio líquido dentro de um reator, transformando-o em gás hidrogênio ionizado (plasma), que é canalizado através de um bico de foguete para gerar empuxo.
Um foguete de Propulsão Elétrica Nuclear (NEP) envolve o mesmo reator básico que converte seu calor e energia em energia elétrica, que acionaria um motor elétrico. Nos dois casos, o foguete contaria com fissão ou fusão nuclear para gerar propulsão, em vez de propulsores químicos, que tem sido a base da NASA e de todas as outras agências espaciais até o momento.
Comparado à propulsão química, o NTP e o NEC oferecem várias vantagens. A primeira e mais óbvia é a densidade de energia praticamente ilimitada que ela oferece, comparada ao combustível de foguete. Além disso, um motor movido a energia nuclear também pode fornecer empuxo superior em relação à quantidade de propulsor usado. Isso reduziria a quantidade total de propulsor necessária, reduzindo assim o peso do lançamento e o custo de missões individuais.
Embora nenhum motor termoelétrico já tenha voado, vários conceitos de design foram construídos e testados nas últimas décadas e vários conceitos foram propostos. Eles variaram desde o design tradicional de núcleo sólido - como o Motor Nuclear para Aplicação de Veículos Foguetes (NERVA) - até conceitos mais avançados e eficientes que dependem de um núcleo líquido ou de gás.
No entanto, apesar dessas vantagens em termos de eficiência de combustível e impulso específico, o conceito NTP mais sofisticado possui um impulso específico máximo de 5000 segundos (50 kN · s / kg). Usando motores nucleares acionados por fissão ou fusão, os cientistas da NASA estimam que uma espaçonave levaria apenas 90 dias para chegar a Marte quando o planeta estivesse em "oposição" - ou seja, a 55.000.000 km da Terra.
Mas, ajustado para uma viagem de ida a Proxima Centauri, um foguete nuclear ainda levaria séculos para acelerar até o ponto em que estava voando uma fração da velocidade da luz. Isso exigiria várias décadas de tempo de viagem, seguidos por muitos mais séculos de desaceleração antes de chegar ao seu destino. No fim das contas, ainda estamos falando sobre 1000 anos antes de chegar ao seu destino. Bom para missões interplanetárias, não tão bom para missões interestelares.
Métodos teóricos:
Usando a tecnologia existente, o tempo que levaria para enviar cientistas e astronautas em uma missão interestelar seria proibitivamente lento. Se queremos fazer essa jornada em uma única vida, ou mesmo em uma geração, será necessário algo um pouco mais radical (também conhecido como altamente teórico). E embora os buracos de minhoca e os mecanismos de salto ainda possam ser pura ficção neste momento, há algumas idéias bastante avançadas que foram consideradas ao longo dos anos.
Propulsão por Pulso Nuclear:
A propulsão por pulso nuclear é uma forma teoricamente possível de viagem espacial rápida. O conceito foi originalmente proposto em 1946 por Stanislaw Ulam, um matemático polonês-americano que participou do Projeto Manhattan, e cálculos preliminares foram feitos por F. Reines e Ulam em 1947. O projeto atual - conhecido como Projeto Orion - foi iniciado em 1958 e durou até 1963.
Liderado por Ted Taylor, da General Atomics, e pelo físico Freeman Dyson, do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, Orion esperava aproveitar o poder das explosões nucleares pulsadas para fornecer um impulso enorme com um impulso específico muito alto (ou seja, a quantidade de impulso comparado ao peso ou a quantidade de segundos que o foguete pode disparar continuamente).
Em poucas palavras, o projeto Orion envolve uma espaçonave grande, com um alto suprimento de ogivas termonucleares que conseguem propulsão ao liberar uma bomba atrás dela e, em seguida, percorrer a onda de detonação com a ajuda de um bloco montado na parte traseira chamado "empurrador". Após cada explosão, a força explosiva seria absorvida por esse botão de pressão, que então traduz o impulso em momento.
Embora pouco elegante pelos padrões modernos, a vantagem do design é que ele atinge um impulso específico alto - o que significa que extrai a quantidade máxima de energia de sua fonte de combustível (neste caso, bombas nucleares) a um custo mínimo. Além disso, teoricamente, o conceito poderia atingir velocidades muito altas, com algumas estimativas sugerindo um valor aproximado de 5% a velocidade da luz (ou 5,4 × 107 km / h).
Mas é claro, há as desvantagens inevitáveis do design. Por um lado, um navio desse tamanho seria incrivelmente caro de construir. Segundo estimativas produzidas por Dyson em 1968, uma espaçonave Orion que usava bombas de hidrogênio para gerar propulsão pesaria entre 400.000 e 4.000.000 de toneladas. E pelo menos três quartos desse peso consistem em bombas nucleares, onde cada ogiva pesa aproximadamente 1 tonelada métrica.
Ao todo, as estimativas mais conservadoras de Dyson colocaram o custo total da construção de uma nave Orion em 367 bilhões de dólares. Ajustado pela inflação, chega a cerca de US $ 2,5 trilhões - o que representa mais de dois terços da atual receita anual do governo dos EUA. Portanto, mesmo no mais leve, a embarcação seria extremamente cara de fabricar.
Há também o pequeno problema de toda a radiação que gera, para não mencionar o lixo nuclear. De fato, é por essa razão que se acredita que o Projeto tenha sido encerrado, devido à aprovação do Tratado de Proibição Parcial de Testes de 1963, que procurou limitar os testes nucleares e impedir a liberação excessiva de precipitação nuclear na atmosfera do planeta.
Foguetes de fusão:
Outra possibilidade dentro do domínio da energia nuclear aproveitada envolve foguetes que dependem de reações termonucleares para gerar empuxo. Para este conceito, a energia é criada quando os pellets de uma mistura de deutério / hélio-3 são inflamados em uma câmara de reação por confinamento inercial usando feixes de elétrons (semelhante ao que é feito no National Ignition Facility na Califórnia). Esse reator de fusão detonaria 250 pastilhas por segundo para criar plasma de alta energia, que seria então direcionado por um bico magnético para criar empuxo.
Como um foguete que depende de um reator nuclear, esse conceito oferece vantagens no que diz respeito à eficiência de combustível e ao impulso específico. São estimadas velocidades de exaustão de até 10.600 km / s, o que está muito além da velocidade dos foguetes convencionais. Além disso, a tecnologia foi estudada extensivamente nas últimas décadas e muitas propostas foram feitas.
Por exemplo, entre 1973 e 1978, a Sociedade Interplanetária Britânica conduziu um estudo de viabilidade conhecido como Projeto Daedalus. Baseando-se no conhecimento atual da tecnologia de fusão e dos métodos existentes, o estudo pediu a criação de uma sonda científica não tripulada de dois estágios, fazendo uma viagem à Estrela de Barnard (5,9 anos-luz da Terra) em uma única vida.
O primeiro estágio, o maior dos dois, operaria por 2,05 anos e aceleraria a sonda para 7,1% da velocidade da luz (o.071 c) Esse estágio seria descartado e, nesse ponto, o segundo estágio acenderia o motor e aceleraria a espaçonave até cerca de 12% da velocidade da luz (0,12 c) ao longo de 1,8 anos. O motor do segundo estágio seria então desligado e o navio entraria em um período de cruzeiro de 46 anos.
De acordo com as estimativas do projeto, a missão levaria 50 anos para alcançar a estrela de Barnard. Ajustado para Proxima Centauri, a mesma embarcação poderia fazer a viagem em 36 anos. Mas, é claro, o projeto também identificou vários obstáculos que o tornaram inviável usando a tecnologia atual - a maioria dos quais ainda não foram resolvidos.
Por exemplo, existe o fato de que o hélio-3 é escasso na Terra, o que significa que teria que ser extraído em outro lugar (provavelmente na Lua). Segundo, a reação que impulsiona a espaçonave exige que a energia liberada exceda amplamente a energia usada para desencadear a reação. E enquanto os experimentos aqui na Terra superaram o "objetivo de equilíbrio", ainda estamos muito longe dos tipos de energia necessários para alimentar uma nave espacial interestelar.
Terceiro, existe o fator de custo para a construção de tal navio. Mesmo pelo padrão modesto das embarcações não tripuladas do Projeto Daedalus, uma embarcação totalmente abastecida pesaria até 60.000 Mt. Para colocar isso em perspectiva, o peso bruto do SLS da NASA é de pouco mais de 30 Mt, e um único lançamento vem com um preço de US $ 5 bilhões (com base nas estimativas feitas em 2013).
Em resumo, um foguete de fusão não seria apenas proibitivamente caro de construir; também exigiria um nível de tecnologia de reator de fusão que esteja atualmente além de nossos meios. A Icarus Interstellar, uma organização internacional de cientistas voluntários voluntários (alguns dos quais trabalhavam para a NASA ou a ESA), desde então, tentou revitalizar o conceito com o Projeto Icarus. Fundado em 2009, o grupo espera viabilizar a propulsão por fusão (entre outras coisas) em um futuro próximo.
Fusion Ramjet:
Também conhecida como Bussard Ramjet, essa forma teórica de propulsão foi proposta pela primeira vez pelo físico Robert W. Bussard em 1960. Basicamente, é uma melhoria em relação ao foguete de fusão nuclear padrão, que usa campos magnéticos para comprimir combustível de hidrogênio até o ponto em que a fusão ocorre. Porém, no caso do Ramjet, um enorme funil eletromagnético "retira" o hidrogênio do meio interestelar e o despeja no reator como combustível.
À medida que a nave aumenta a velocidade, a massa reativa é forçada a entrar em um campo magnético de constrição progressiva, comprimindo-a até a fusão termonuclear. O campo magnético, em seguida, direciona a energia como escape de foguete através de um bico do motor, acelerando assim a embarcação. Sem tanques de combustível para pesar, um jato de fusão poderia atingir velocidades próximas a 4% da velocidade da luz e viajar para qualquer lugar da galáxia.
No entanto, as possíveis desvantagens desse design são numerosas. Por exemplo, há o problema do arrasto. O navio depende de uma velocidade aumentada para acumular combustível, mas ao colidir com cada vez mais hidrogênio interestelar, também pode perder velocidade - especialmente em regiões mais densas da galáxia. Segundo, o deutério e o trítio (usados nos reatores de fusão aqui na Terra) são raros no espaço, enquanto a fusão do hidrogênio regular (que é abundante no espaço) está além dos métodos atuais.
Este conceito foi amplamente difundido na ficção científica. Talvez o exemplo mais conhecido disso esteja na franquia de Jornada nas Estrelas, onde "coletores Bussard" são as naceles brilhantes nos motores de urdidura. Mas, na realidade, nosso conhecimento das reações de fusão precisa progredir consideravelmente antes que um ramjet seja possível. Também teríamos que descobrir esse problema de arrasto antes de começarmos a pensar em construir um navio assim!
Vela a laser:
As velas solares são há muito consideradas uma maneira econômica de explorar o Sistema Solar. Além de ser relativamente fácil e barato de fabricar, há o bônus adicional de velas solares que não precisam de combustível. Em vez de usar foguetes que exigem propulsor, a vela usa a pressão de radiação das estrelas para empurrar grandes espelhos ultrafinos para altas velocidades.
No entanto, para o bem do vôo interestelar, essa vela precisaria ser dirigida por feixes de energia focados (ou seja, lasers ou microondas) para empurrá-la para uma velocidade próxima à velocidade da luz. O conceito foi proposto originalmente por Robert Forward em 1984, que era físico dos laboratórios de pesquisa da Hughes Aircraft na época.
O conceito retém os benefícios de uma vela solar, na medida em que não requer combustível a bordo, mas também do fato de que a energia do laser não se dissipa com a distância quase tanto quanto a radiação solar. Assim, enquanto uma vela movida a laser levaria algum tempo para acelerar até velocidades quase luminosas, ela seria limitada apenas à velocidade da luz em si.
De acordo com um estudo de 2000 produzido por Robert Frisbee, diretor de estudos avançados de conceito de propulsão no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, uma vela a laser poderia ser acelerada para metade da velocidade da luz em menos de uma década. Ele também calculou que uma vela medindo cerca de 320 km (200 milhas) de diâmetro poderia chegar a Proxima Centauri em pouco mais de 12 anos. Enquanto isso, uma vela medindo cerca de 965 km (600 milhas) de diâmetro chegaria logo abaixo 9 anos.
No entanto, essa vela teria que ser construída a partir de compostos avançados para evitar o derretimento. Combinado com o seu tamanho, isso somaria um belo centavo! Pior ainda é a simples despesa incorrida com a construção de um laser grande e poderoso o suficiente para conduzir uma vela até a metade da velocidade da luz. Segundo o próprio estudo do Frisbee, os lasers exigiriam um fluxo constante de 17.000 terawatts de energia - próximo ao que o mundo inteiro consome em um único dia.
Motor de antimatéria:
Os fãs de ficção científica certamente ouviram falar da antimatéria. Mas, se você não tiver, a antimatéria é essencialmente material composto de antipartículas, que têm a mesma massa, mas carga oposta às partículas regulares. Enquanto isso, um mecanismo de antimatéria é uma forma de propulsão que usa interações entre matéria e antimatéria para gerar energia ou criar impulso.
Em resumo, um mecanismo de antimatéria envolve partículas de hidrogênio e anti-hidrogênio sendo batidas juntas. Essa reação libera tanto energia quanto uma bomba termonuclear, juntamente com uma chuva de partículas subatômicas chamadas pions e múons. Essas partículas, que viajariam a um terço da velocidade da luz, são então canalizadas por um bico magnético para gerar empuxo.
A vantagem dessa classe de foguete é que uma grande fração da massa restante de uma mistura matéria / antimatéria pode ser convertida em energia, permitindo que os foguetes antimatéria tenham uma densidade energética e um impulso específico muito mais altos do que qualquer outra classe proposta de foguete. Além disso, controlar esse tipo de reação pode levar um foguete a atingir metade da velocidade da luz.
Libra por libra, essa classe de navio seria a mais rápida e com menor consumo de combustível já concebida. Enquanto os foguetes convencionais exigem toneladas de combustível químico para impulsionar uma nave espacial ao seu destino, um motor antimatéria poderia fazer o mesmo trabalho com apenas alguns miligramas de combustível. De fato, a aniquilação mútua de meio quilo de partículas de hidrogênio e anti-hidrogênio liberaria mais energia do que uma bomba de hidrogênio de 10 megatoneladas.
É exatamente por esse motivo que Da NASA O Institute for Advanced Concepts (NIAC) investigou a tecnologia como um meio possível para futuras missões em Marte. Infelizmente, ao contemplar missões em sistemas estelares próximos, a quantidade de combustível necessária para fazer a viagem é multiplicada exponencialmente, e o custo envolvido na produção seria astronômico (sem trocadilhos!).
De acordo com um relatório preparado para a 39ª Conferência e Exposição de Propulsão AIAA / ASME / SAE / ASEE (também de Robert Frisbee), um foguete antimatéria de dois estágios precisaria de mais de 815.000 toneladas métricas (900.000 toneladas) de combustível para fazer a viagem Proxima Centauri em aproximadamente 40 anos. Isso não é ruim, tanto quanto os prazos. Mas, novamente, o custo ...
Enquanto um único grama de antimatéria produziria uma quantidade incrível de energia, estima-se que produzir apenas um grama exigiria aproximadamente 25 milhões de bilhões de quilowatts-hora de energia e custaria mais de um trilhão de dólares. Atualmente, a quantidade total de antimatéria criada por humanos é inferior a 20 nanogramas.
E mesmo que pudéssemos produzir antimatéria a baixo custo, você precisaria de um navio enorme para armazenar a quantidade de combustível necessária. De acordo com um relatório do Dr. Darrel Smith e Jonathan Webby, da Universidade Aeronáutica Embry-Riddle, no Arizona, uma nave interestelar equipada com um motor antimatéria poderia atingir 0,5 a velocidade da luz e alcançar o Proxima Centauri em pouco mais de um minuto. 8 anos. No entanto, o próprio navio pesaria 400 toneladas (441 toneladas) e precisaria de 170 toneladas (187 toneladas) de combustível antimatéria para fazer a viagem.
Uma maneira possível de contornar isso é criar uma embarcação capaz de criar antimatéria, que poderá então armazenar como combustível. Esse conceito, conhecido como Sistema Explorador Interestelar de Vácuo para Antimatéria (VARIES), foi proposto por Richard Obousy, da Icarus Interstellar. Com base na idéia de reabastecimento no local, uma nave VARIES iria depender de grandes lasers (alimentados por enormes painéis solares) que criariam partículas de antimatéria quando disparadas em espaços vazios.
Assim como o conceito Ramjet, essa proposta resolve o problema de transportar combustível, aproveitando-o do espaço. Mais uma vez, porém, o custo total de tal navio seria proibitivamente caro com a tecnologia atual. Além disso, a capacidade de criar antimatéria em grandes volumes não é algo que atualmente temos o poder de fazer. Há também a questão da radiação, pois a aniquilação de matéria e antimatéria pode produzir explosões de raios gama de alta energia.
Isso não apenas representa um perigo para a tripulação, exigindo uma proteção significativa contra radiações, mas também requer que os motores sejam blindados para garantir que não sofram degradação atômica de toda a radiação a que estão expostos. Portanto, o mecanismo da antimatéria é completamente impraticável com a nossa tecnologia atual e no ambiente orçamentário atual.
Alcubierre Warp Drive:
Os fãs de ficção científica também estão, sem dúvida, familiarizados com o conceito de um Alcubierre (ou "Warp") Drive. Proposto pelo físico mexicano Miguel Alcubierre em 1994, esse método proposto foi uma tentativa de tornar possível a viagem da FTL sem violar a teoria da relatividade especial de Einstein. Em suma, o conceito envolve esticar o tecido do espaço-tempo em uma onda, o que teoricamente faria com que o espaço à frente de um objeto se contraísse e o espaço atrás dele se expandisse.
Um objeto dentro dessa onda (isto é, uma nave espacial) seria capaz de navegar nessa onda, conhecida como "bolha de dobra", além das velocidades relativísticas. Como a nave não está se movendo dentro dessa bolha, mas está sendo transportada enquanto se move, as regras do espaço-tempo e da relatividade deixariam de se aplicar. A razão é que esse método não depende de se mover mais rápido que a luz no sentido local.
É apenas "mais rápido que a luz", no sentido de que o navio poderia chegar ao seu destino mais rapidamente do que um feixe de luz que viajava para fora da bolha dobra. Assim, supondo que uma espaçonave pudesse ser equipada com um sistema Alcubierre Drive, seria capaz de fazer a viagem para Proxima Centauri em menos de 4 anos. Portanto, quando se trata de viagens espaciais interestelares teóricas, essa é de longe a tecnologia mais promissora, pelo menos em termos de velocidade.
Naturalmente, o conceito recebeu sua parcela de contra-argumentos ao longo dos anos. O principal deles é o fato de que ele não leva em conta a mecânica quântica e pode ser invalidado por uma Teoria de Tudo (como a gravidade quântica em loop). Cálculos sobre a quantidade de energia necessária também indicaram que uma unidade de dobra exigiria uma quantidade proibitiva de energia para funcionar. Outras incertezas incluem a segurança desse sistema, os efeitos no espaço-tempo no destino e violações da causalidade.
However, in 2012, NASA scientist Harold Sonny White announced that he and his colleagues had begun researching the possibility of an Alcubierre Drive. In a paper titled “Warp Field Mechanics 101“, White claimed that they had constructed an interferometer that will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric.
In 2013, the Jet Propulsion Laboratory published results of a warp field test which was conducted under vacuum conditions. Unfortunately, the results were reported as “inconclusive”. Long term, we may find that Alcubierre’s metric may violate one or more fundamental laws of nature. And even if the physics should prove to be sound, there is no guarantee it can be harnessed for the sake of FTL flight.
In conclusion, if you were hoping to travel to the nearest star within your lifetime, the outlook isn’t very good. However, if mankind felt the incentive to build an “interstellar ark” filled with a self-sustaining community of space-faring humans, it might be possible to travel there in a little under a century if we were willing to invest in the requisite technology.
But all the available methods are still very limited when it comes to transit time. And while taking hundreds or thousands of years to reach the nearest star may matter less to us if our very survival was at stake, it is simply not practical as far as space exploration and travel goes. By the time a mission reached even the closest stars in our galaxy, the technology employed would be obsolete and humanity might not even exist back home anymore.
So unless we make a major breakthrough in the realms of fusion, antimatter, or laser technology, we will either have to be content with exploring our own Solar System or be forced to accept a very long-term transit strategy…
We have written many interesting articles about space travel here at Space Magazine. Here’s Will We Ever Reach Another Star?, Warp Drives May Come With a Killer Downside, The Alcubierre Warp Drive, How Far Is A Light Year?, When Light Just Isn’t Fast Enough, When Will We Become Interstellar?, and Can We Travel Faster Than the Speed of Light?
For more information, be sure to consult NASA’s pages on Propulsion Systems of the Future, and Is Warp Drive Real?
And fans of interstellar travel should definitely check out Icarus Interstellar and the Tau Zero Foundation websites. Keep reaching for those stars!
