Kita semua pernah mengajukan pertanyaan ini di beberapa titik dalam kehidupan kita: Berapa lama untuk melakukan perjalanan ke bintang-bintang? Mungkinkah itu dalam masa hidup seseorang, dan bisakah perjalanan semacam ini menjadi norma suatu hari nanti? Ada banyak kemungkinan jawaban untuk pertanyaan ini - beberapa sangat sederhana, yang lain di ranah fiksi ilmiah. Tetapi memberikan jawaban yang komprehensif berarti mempertimbangkan banyak hal.
Sayangnya, penilaian realistis apa pun kemungkinan akan menghasilkan jawaban yang benar-benar akan mencegah para futuris dan penggemar perjalanan antarbintang. Suka atau tidak, ruangnya sangat besar, dan teknologi kami masih sangat terbatas. Tetapi jika kita pernah merenungkan "meninggalkan sarang", kita akan memiliki berbagai pilihan untuk sampai ke Sistem Tata Surya terdekat di galaksi kita.
Bintang terdekat ke Bumi adalah Matahari kita, yang merupakan bintang “rata-rata” di Hertzsprung - Russell Diagram's “Main Sequence.” Ini artinya sangat stabil, memberi Bumi jenis sinar matahari yang tepat bagi kehidupan untuk berevolusi di planet kita. Kita tahu ada planet yang mengorbit bintang lain di dekat Tata Surya kita, dan banyak dari bintang-bintang ini mirip dengan kita.
Di masa depan, jika umat manusia ingin meninggalkan Tata Surya, kita akan memiliki banyak pilihan bintang yang dapat kita kunjungi, dan banyak yang dapat memiliki kondisi yang tepat agar kehidupan dapat berkembang. Tapi kemana kita akan pergi dan berapa lama untuk sampai di sana? Ingat saja, ini semua spekulatif dan saat ini tidak ada patokan untuk perjalanan antarbintang. Yang sedang berkata, ini dia!
Bintang Terdekat:
Seperti yang telah disebutkan, bintang terdekat dengan Tata Surya kita adalah Proxima Centauri, itulah sebabnya mengapa paling masuk akal untuk merencanakan misi antarbintang ke sistem ini terlebih dahulu. Sebagai bagian dari sistem bintang tiga yang disebut Alpha Centauri, Proxima berjarak sekitar 4,24 tahun cahaya (atau 1,3 parsec) dari Bumi. Alpha Centauri sebenarnya adalah bintang paling terang dari ketiganya dalam sistem - bagian dari biner yang mengorbit 4,37 tahun cahaya dari Bumi - sedangkan Proxima Centauri (yang paling redup dari ketiganya) adalah katai merah terisolasi sekitar 0,13 tahun cahaya dari biner .
Dan sementara perjalanan antarbintang memunculkan semua jenis visi perjalanan Faster-Than-Light (FTL), mulai dari kecepatan warp dan lubang cacing untuk melompati drive, teori-teori semacam itu sangat spekulatif (seperti Alcubierre Drive) atau seluruhnya merupakan provinsi ilmu pengetahuan fiksi. Kemungkinan besar, misi luar angkasa apa pun kemungkinan akan membutuhkan beberapa generasi untuk sampai ke sana, daripada beberapa hari atau dalam sekejap.
Jadi, dimulai dengan salah satu bentuk perjalanan ruang angkasa paling lambat, berapa lama untuk mencapai Proxima Centauri?
Metode saat ini:
Pertanyaan tentang berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suatu tempat di ruang angkasa agak lebih mudah ketika berhadapan dengan teknologi dan benda yang ada dalam Tata Surya kita. Misalnya, menggunakan teknologi yang mendukung misi New Horizons - yang terdiri dari 16 pendorong dengan bahan bakar monopropellia hidrazin - mencapai Bulan hanya membutuhkan waktu 8 jam dan 35 menit.
Di sisi lain, ada misi SMART-1 Badan Antariksa Eropa (ESA), yang mengambil waktu perjalanan ke Bulan menggunakan metode propulsi ionik. Dengan teknologi revolusioner ini, variasi yang sejak itu telah digunakan oleh pesawat ruang angkasa Dawn untuk mencapai Vesta, misi SMART-1 membutuhkan waktu satu tahun, satu bulan dan dua minggu untuk mencapai Bulan.
Jadi, dari wahana antariksa berpeluncur roket yang cepat ke penggerak ion yang ekonomis, kami memiliki beberapa opsi untuk berkeliling ruang lokal - plus kita bisa menggunakan Jupiter atau Saturnus untuk menjepret gravitasi yang kuat. Namun, jika kita merenungkan misi ke suatu tempat yang sedikit lebih jauh, kita harus meningkatkan teknologi kita dan melihat apa yang benar-benar mungkin.
Ketika kita mengatakan metode yang mungkin, kita berbicara tentang yang melibatkan teknologi yang ada, atau yang belum ada tetapi secara teknis layak. Beberapa, seperti yang akan Anda lihat, dihargai dan dibuktikan waktu, sementara yang lain muncul atau masih di papan tulis. Dalam hampir semua kasus, mereka menghadirkan skenario yang mungkin (tetapi sangat memakan waktu atau mahal) untuk menjangkau bahkan bintang terdekat ...
Proposisi Ionik:
Saat ini, bentuk propulsi paling lambat, dan yang paling hemat bahan bakar, adalah mesin ion. Beberapa dekade yang lalu, tenaga ion dianggap sebagai subjek fiksi ilmiah. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, teknologi untuk mendukung mesin ion telah bergeser dari teori ke praktik di jalan besar. Misalnya, misi SMART-1 ESA berhasil menyelesaikan misinya ke Bulan setelah menempuh jalur spiral 13 bulan dari Bumi.
SMART-1 menggunakan pendorong ion bertenaga surya, di mana energi listrik dipanen dari panel surya dan digunakan untuk menyalakan pendorong efek Hall-nya. Hanya 82 kg propelan xenon yang digunakan untuk mendorong SMART-1 ke Bulan. 1 kg propelan xenon memberikan delta-v 45 m / s. Ini adalah bentuk propulsi yang sangat efisien, tetapi tidak berarti cepat.
Salah satu misi pertama yang menggunakan teknologi ion drive adalah Ruang Jauh 1 misi ke Comet Borrelly yang terjadi pada tahun 1998. DS1 juga menggunakan penggerak ion bertenaga xenon, mengonsumsi 81,5 kg propelan. Lebih dari 20 bulan menyodorkan, DS1 berhasil mencapai kecepatan 56.000 km / jam (35.000 mil / jam) selama terbangnya komet.
Oleh karena itu pendorong ion lebih ekonomis daripada teknologi roket, karena dorong per satuan massa propelan (impuls spesifik a) A. jauh lebih tinggi. Tetapi butuh waktu lama bagi pendorong ion untuk mempercepat pesawat ruang angkasa ke kecepatan besar, dan kecepatan maksimum yang dapat dicapai bergantung pada pasokan bahan bakarnya dan berapa banyak energi listrik yang dapat dihasilkannya.
Jadi jika propulsi ion digunakan untuk misi ke Proxima Centauri, pendorong akan membutuhkan sumber besar produksi energi (yaitu tenaga nuklir) dan sejumlah besar propelan (meskipun masih kurang dari roket konvensional). Tetapi berdasarkan asumsi bahwa pasokan 81,5 kg propelan xenon diterjemahkan menjadi kecepatan maksimum 56.000 km / jam (dan bahwa tidak ada bentuk propulsi lain yang tersedia, seperti ketapel gravitasi untuk mempercepatnya lebih lanjut), beberapa perhitungan dapat dibuat.
Singkatnya, pada kecepatan maksimum 56.000 km / jam, Ruang Jauh 1 akan mengambil alih 81.000 tahun untuk melintasi 4,24 tahun cahaya antara Bumi dan Proxima Centauri. Untuk menempatkan skala waktu ke dalam perspektif, itu akan menjadi lebih dari 2.700 generasi manusia. Jadi aman untuk mengatakan bahwa misi mesin ion antarplanet akan terlalu lambat untuk dipertimbangkan untuk misi antar bintang berawak.
Tetapi, jika pendorong ion dibuat lebih besar dan lebih kuat (yaitu kecepatan pembuangan ion harus jauh lebih tinggi), dan propelan yang cukup dapat diangkut untuk menjaga agar wahana antariksa berjalan selama seluruh perjalanan 4,243 tahun cahaya, bahwa waktu tempuh perjalanan bisa sangat besar berkurang. Namun masih belum cukup untuk terjadi dalam kehidupan seseorang.
Metode Bantuan Gravitasi:
Sarana perjalanan ruang angkasa tercepat yang ada dikenal sebagai metode Gravity Assist, yang melibatkan pesawat ruang angkasa menggunakan gerakan relatif (mis. Orbit) dan gravitasi planet yang akan diubah adalah jalur dan kecepatan. Bantuan gravitasi adalah teknik luar angkasa yang sangat berguna, terutama saat menggunakan Bumi atau planet besar lainnya (seperti raksasa gas) untuk meningkatkan kecepatan.
Itu Mariner 10 pesawat ruang angkasa adalah yang pertama menggunakan metode ini, menggunakan tarikan gravitasi Venus untuk menjepretnya ke arah Merkurius pada Februari 1974. Pada 1980-an, Voyager 1 Probe menggunakan Saturnus dan Yupiter untuk ketapel gravitasi untuk mencapai kecepatan saat ini 60.000 km / jam (38.000 mil / jam) dan membuatnya menjadi ruang antarbintang.
Namun, itu adalah Helios 2 misi - yang diluncurkan pada tahun 1976 untuk mempelajari media antarplanet dari 0,3 AU ke 1 AU ke Matahari - yang memegang rekor untuk kecepatan tertinggi yang dicapai dengan bantuan gravitasi. Pada saat itu, Helios 1 (yang diluncurkan pada 1974) dan Helios 2 memegang rekor untuk pendekatan terdekat ke Matahari. Helios 2 diluncurkan oleh kendaraan peluncuran NASA Titan / Centaur konvensional dan ditempatkan di orbit yang sangat elips.
Karena eksentrisitas besar (0,54) dari orbit matahari probe (190-hari), pada perihelion, Helios 2 mampu mencapai kecepatan maksimum lebih dari 240.000 km / jam (150.000 mil / jam). Kecepatan orbit ini dicapai oleh tarikan gravitasi Matahari saja. Secara teknis, itu Helios 2 kecepatan perihelion bukanlah ketapel gravitasi, itu adalah kecepatan orbital maksimum, tetapi ia tetap memegang rekor sebagai objek buatan manusia tercepat.
Jadi jika Voyager 1 sedang melakukan perjalanan ke arah Proxima Centauri kurcaci merah dengan kecepatan konstan 60.000 km / jam, perlu 76.000 tahun (atau lebih dari 2.500 generasi) untuk menempuh jarak itu. Tetapi jika itu bisa mencapai kecepatan memecahkan rekor Helios 2Pendekatan dekat Matahari - kecepatan konstan 240.000 km / jam - dibutuhkan 19.000 tahun (atau lebih dari 600 generasi) untuk menempuh 4,243 tahun cahaya. Secara signifikan lebih baik, tetapi masih belum di bidang kepraktisan.
Drive Elektromagnetik (EM):
Metode lain yang diusulkan untuk perjalanan antar bintang datang dalam bentuk Radio Frequency (RF) Resonant Cavity Thruster, juga dikenal sebagai EM Drive. Awalnya diusulkan pada tahun 2001 oleh Roger K. Shawyer, seorang ilmuwan Inggris yang memulai Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) untuk membuahkan hasil, drive ini dibangun di sekitar gagasan bahwa rongga microwave elektromagnetik dapat memungkinkan konversi langsung energi listrik ke daya dorong. .
Sementara pendorong elektromagnetik konvensional dirancang untuk mendorong jenis massa tertentu (seperti partikel terionisasi), sistem penggerak khusus ini tidak bergantung pada massa reaksi dan tidak memancarkan radiasi arah. Proposal seperti itu telah bertemu dengan banyak skeptisisme, terutama karena itu melanggar hukum Konservasi Momentum - yang menyatakan bahwa dalam suatu sistem, jumlah momentum tetap konstan dan tidak diciptakan atau dihancurkan, tetapi hanya berubah melalui tindakan kekuatan.
Namun, percobaan baru-baru ini dengan desain rupanya menghasilkan hasil yang positif. Pada Juli 2014, pada Konferensi Propulsi Bersama AIAA / ASME / SAE / ASEE ke-50 di Cleveland, Ohio, para peneliti dari penelitian propulsi lanjutan NASA mengklaim bahwa mereka telah berhasil menguji desain baru untuk penggerak propulsi elektromagnetik.
Ini ditindaklanjuti pada bulan April 2015 ketika para peneliti di NASA Eagleworks (bagian dari Johnson Space Center) mengklaim bahwa mereka telah berhasil menguji drive dalam ruang hampa, sebuah indikasi bahwa itu mungkin benar-benar bekerja di ruang angkasa. Pada bulan Juli di tahun yang sama, sebuah tim peneliti dari departemen Sistem Antariksa Universitas Dresden membangun mesin versi mereka sendiri dan mengamati dorongan yang dapat dideteksi.
Dan pada 2010, Prof. Juan Yang dari Northwestern Polytechnical University di Xi'an, Cina, mulai menerbitkan serangkaian makalah tentang penelitiannya dalam teknologi EM Drive. Ini memuncak dalam makalah 2012 di mana ia melaporkan daya input yang lebih tinggi (2,5 kW) dan diuji tingkat dorong (720mN). Pada tahun 2014, ia lebih lanjut melaporkan pengujian ekstensif yang melibatkan pengukuran suhu internal dengan termokopel tertanam, yang tampaknya mengkonfirmasi bahwa sistem tersebut bekerja.
Menurut perhitungan berdasarkan prototipe NASA (yang menghasilkan perkiraan daya 0,4 N / kilowatt), sebuah pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan drive EM dapat melakukan perjalanan ke Pluto dalam waktu kurang dari 18 bulan. Itu seperenam dari waktu yang dibutuhkan untuk penyelidikan New Horizons untuk sampai ke sana, yang melaju dengan kecepatan hampir 58.000 km / jam (36.000 mph).
Kedengarannya mengesankan. Tetapi bahkan pada tingkat itu, dibutuhkan sebuah kapal yang dilengkapi dengan mesin EM 13.000 tahun bagi kapal untuk sampai ke Proxima Centauri. Semakin dekat, tetapi tidak cukup cepat! dan sampai saat teknologi itu dapat dibuktikan secara pasti berfungsi, tidak masuk akal untuk memasukkan telur kita ke keranjang ini.
Tenaga Nuklir / Penggerak Listrik Nuklir (NTP / NEP):
Kemungkinan lain untuk penerbangan luar angkasa antar bintang adalah menggunakan pesawat ruang angkasa yang dilengkapi dengan mesin nuklir, sebuah konsep yang telah dijelajahi NASA selama beberapa dekade. Dalam roket Nuclear Thermal Propulsion (NTP), reaksi uranium atau deuterium digunakan untuk memanaskan hidrogen cair di dalam reaktor, mengubahnya menjadi gas hidrogen terionisasi (plasma), yang kemudian disalurkan melalui nosel roket untuk menghasilkan daya dorong.
Roket Nuclear Electric Propulsion (NEP) melibatkan reaktor dasar yang sama mengubah panas dan energinya menjadi energi listrik, yang kemudian akan menyalakan mesin listrik. Dalam kedua kasus tersebut, roket akan mengandalkan fisi atau fusi nuklir untuk menghasilkan propulsi daripada propelan kimia, yang telah menjadi andalan NASA dan semua agensi ruang angkasa lainnya hingga saat ini.
Dibandingkan dengan penggerak kimia, NTP dan NEC menawarkan sejumlah keunggulan. Yang pertama dan paling jelas adalah kepadatan energi hampir tak terbatas yang ditawarkannya dibandingkan dengan bahan bakar roket. Selain itu, mesin bertenaga nuklir juga bisa memberikan daya dorong yang superior relatif terhadap jumlah propelan yang digunakan. Ini akan memotong jumlah total propelan yang dibutuhkan, sehingga mengurangi berat peluncuran dan biaya misi individu.
Meskipun tidak ada mesin nuklir-termal yang pernah terbang, beberapa konsep desain telah dibangun dan diuji selama beberapa dekade terakhir, dan banyak konsep telah diusulkan. Ini telah berkisar dari desain solid-core tradisional - seperti Engine Nuklir untuk Aplikasi Kendaraan Rocket (NERVA) - hingga konsep yang lebih maju dan efisien yang bergantung pada cairan atau inti gas.
Namun, terlepas dari keunggulan efisiensi bahan bakar dan impuls spesifik ini, konsep NTP paling canggih memiliki impuls spesifik maksimum 5000 detik (50 kN · s / kg). Dengan menggunakan mesin nuklir yang digerakkan oleh fisi atau fusi, para ilmuwan NASA memperkirakan akan membutuhkan waktu hanya 90 hari untuk mencapai Mars ketika planet berada di "oposisi" - yaitu sejauh 55.000.000 km dari Bumi.
Tetapi disesuaikan untuk perjalanan satu arah ke Proxima Centauri, sebuah roket nuklir masih akan memakan waktu berabad-abad untuk mempercepat ke titik di mana ia terbang sebagian kecil dari kecepatan cahaya. Maka akan membutuhkan beberapa dekade waktu perjalanan, diikuti oleh deselerasi selama berabad-abad sebelum mencapai tujuannya. Semua mengatakan, kita masih membicarakannya 1000 tahun sebelum mencapai tujuannya. Bagus untuk misi antarplanet, tidak begitu bagus untuk misi antarbintang.
Metode Teoritis:
Menggunakan teknologi yang ada, waktu yang diperlukan untuk mengirim ilmuwan dan astronot dalam misi antarbintang akan sangat lambat. Jika kita ingin melakukan perjalanan itu dalam satu masa kehidupan, atau bahkan satu generasi, sesuatu yang sedikit lebih radikal (alias. Sangat teoretis) akan dibutuhkan. Dan sementara lubang cacing dan mesin lompatan mungkin masih murni fiksi pada titik ini, ada beberapa ide yang agak maju yang telah dipertimbangkan selama bertahun-tahun.
Propulsi Pulsa Nuklir:
Propulsi pulsa nuklir adalah bentuk perjalanan ruang angkasa yang secara teori dimungkinkan. Konsep ini awalnya diusulkan pada tahun 1946 oleh Stanislaw Ulam, seorang ahli matematika Polandia-Amerika yang berpartisipasi dalam Proyek Manhattan, dan perhitungan pendahuluan kemudian dibuat oleh F. Reines dan Ulam pada tahun 1947. Proyek yang sebenarnya - yang dikenal sebagai Proyek Orion - dimulai pada 1958 dan berlangsung hingga 1963.
Dipimpin oleh Ted Taylor di General Atomics dan fisikawan Freeman Dyson dari Institute for Advanced Study di Princeton, Orion berharap untuk memanfaatkan kekuatan ledakan nuklir berdenyut untuk memberikan dorongan besar dengan impuls spesifik yang sangat tinggi (yaitu jumlah dorong dibandingkan dengan berat atau jumlah detik roket dapat terus menembak).
Singkatnya, desain Orion melibatkan pesawat ruang angkasa besar dengan pasokan tinggi hulu ledak termonuklir mencapai propulsi dengan melepaskan bom di belakangnya dan kemudian mengendarai gelombang detonasi dengan bantuan pad yang dipasang di belakang yang disebut "pusher". Setelah setiap ledakan, kekuatan ledakan akan diserap oleh pad pusher ini, yang kemudian menerjemahkan daya dorong menjadi momentum.
Meskipun hampir tidak elegan oleh standar modern, keunggulan desainnya adalah ia mencapai impuls spesifik yang tinggi - yang berarti ia mengekstraksi energi maksimum dari sumber bahan bakarnya (dalam hal ini, bom nuklir) dengan biaya minimum. Selain itu, konsep ini secara teoritis dapat mencapai kecepatan yang sangat tinggi, dengan beberapa perkiraan menyarankan angka rata-rata setinggi 5% kecepatan cahaya (atau 5,4 × 107 km / jam).
Tapi tentu saja, ada sisi negatif yang tak terhindarkan untuk desain. Untuk satu, kapal ukuran ini akan sangat mahal untuk dibangun. Menurut perkiraan yang diproduksi oleh Dyson pada tahun 1968, sebuah pesawat ruang angkasa Orion yang menggunakan bom hidrogen untuk menghasilkan propulsi akan berbobot 400.000 hingga 4.000.000 metrik ton. Dan setidaknya tiga perempat dari berat itu terdiri dari bom nuklir, di mana masing-masing hulu ledak beratnya sekitar 1 metrik ton.
Semua mengatakan, perkiraan Dyson yang paling konservatif menempatkan total biaya membangun kerajinan Orion pada 367 miliar dolar. Disesuaikan dengan inflasi, yang menghasilkan sekitar $ 2,5 triliun dolar - yang menyumbang lebih dari dua pertiga dari pendapatan tahunan pemerintah AS saat ini. Oleh karena itu, bahkan yang paling ringan pun, kerajinan itu akan sangat mahal untuk diproduksi.
Ada juga sedikit masalah dari semua radiasi yang dihasilkannya, belum lagi limbah nuklir. Bahkan, untuk alasan inilah Proyek diyakini telah dihentikan, karena berlalunya Perjanjian Larangan Uji Parsial tahun 1963 yang berusaha membatasi pengujian nuklir dan menghentikan pelepasan berlebihan dari kejatuhan nuklir ke atmosfer planet.
Roket Fusion:
Kemungkinan lain dalam bidang tenaga nuklir yang dimanfaatkan adalah roket yang mengandalkan reaksi termonuklir untuk menghasilkan daya dorong. Untuk konsep ini, energi dibuat ketika pelet campuran deuterium / helium-3 dinyalakan dalam ruang reaksi dengan kurungan inersia menggunakan berkas elektron (mirip dengan apa yang dilakukan di Fasilitas Pengapian Nasional di California). Reaktor fusi ini akan meledakkan 250 pelet per detik untuk membuat plasma berenergi tinggi, yang kemudian akan diarahkan oleh nosel magnetik untuk menciptakan daya dorong.
Seperti roket yang mengandalkan reaktor nuklir, konsep ini menawarkan keuntungan sejauh menyangkut efisiensi bahan bakar dan impuls spesifik. Diperkirakan kecepatan knalpot hingga 10.600 km / s, yang jauh melebihi kecepatan roket konvensional. Terlebih lagi, teknologinya telah dipelajari secara luas selama beberapa dekade terakhir, dan banyak proposal telah dibuat.
Misalnya, antara tahun 1973 dan 1978, British Interplanetary Society melakukan studi kelayakan yang dikenal sebagai Proyek Daedalus. Mengandalkan pengetahuan saat ini tentang teknologi fusi dan metode yang ada, studi ini menyerukan penciptaan penyelidikan ilmiah tanpa awak dua tahap melakukan perjalanan ke Barnard's Star (5,9 tahun cahaya dari Bumi) dalam satu masa kehidupan.
Tahap pertama, yang lebih besar dari keduanya, akan beroperasi selama 2,05 tahun dan mempercepat pesawat ruang angkasa menjadi 7,1% kecepatan cahaya (o.071 c). Tahap ini kemudian akan dibuang, pada titik mana, tahap kedua akan menyalakan mesinnya dan mempercepat pesawat ruang angkasa hingga sekitar 12% dari kecepatan cahaya (0,12 c) selama 1,8 tahun. Mesin tahap kedua kemudian akan ditutup dan kapal akan memasuki periode pelayaran 46 tahun.
Menurut perkiraan Proyek, misi akan memakan waktu 50 tahun untuk mencapai Barnard's Star. Disesuaikan dengan Proxima Centauri, kapal yang sama bisa melakukan perjalanan 36 tahun. Tapi tentu saja, proyek ini juga mengidentifikasi banyak batu sandungan yang membuatnya tidak layak menggunakan teknologi saat ini - sebagian besar masih belum terselesaikan.
Sebagai contoh, ada fakta bahwa helium-3 langka di Bumi, yang berarti harus ditambang di tempat lain (kemungkinan besar di Bulan). Kedua, reaksi yang menggerakkan pesawat ruang angkasa mensyaratkan bahwa energi yang dilepaskan jauh melebihi energi yang digunakan untuk memicu reaksi. Dan sementara percobaan di Bumi ini telah melampaui "tujuan impas", kita masih jauh dari jenis energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa antarbintang.
Ketiga, ada faktor biaya untuk membangun kapal semacam itu. Bahkan dengan standar sederhana dari kerajinan tak berawak Project Daedalus, sebuah kapal berbahan bakar penuh akan berbobot sebanyak 60.000 Mt. Untuk menempatkannya dalam perspektif, berat kotor SLS NASA hanya lebih dari 30 Mt, dan sekali peluncuran hadir dengan banderol harga $ 5 miliar (berdasarkan perkiraan yang dibuat pada 2013).
Singkatnya, roket fusi tidak hanya mahal untuk dibuat; itu juga akan membutuhkan teknologi reaktor fusi tingkat yang saat ini di luar kemampuan kami. Icarus Interstellar, sebuah organisasi internasional ilmuwan sukarela warga negara (beberapa di antaranya bekerja untuk NASA atau ESA) sejak itu berusaha merevitalisasi konsep dengan Project Icarus. Didirikan pada tahun 2009, kelompok ini berharap untuk membuat propulsi fusi (antara lain) layak dalam waktu dekat.
Ramjet fusi:
Juga dikenal sebagai Bussard Ramjet, bentuk propulsi teoritis ini pertama kali diusulkan oleh fisikawan Robert W. Bussard pada tahun 1960. Pada dasarnya, ini merupakan peningkatan dari roket fusi nuklir standar, yang menggunakan medan magnet untuk mengompresi bahan bakar hidrogen ke titik fusi terjadi. Tetapi dalam kasus Ramjet, corong elektromagnetik yang sangat besar "menyendok" hidrogen dari medium antarbintang dan membuangnya ke dalam reaktor sebagai bahan bakar.
Ketika kapal mengambil kecepatan, massa reaktif dipaksa menjadi medan magnet yang semakin terbatas, menekannya sampai terjadi fusi termonuklir. Medan magnet kemudian mengarahkan energi sebagai roket buang melalui nosel mesin, sehingga mempercepat kapal. Tanpa tangki bahan bakar untuk menimbangnya, ramjet fusi dapat mencapai kecepatan mendekati 4% dari kecepatan cahaya dan melakukan perjalanan ke mana saja di galaksi.
Namun, kelemahan potensial dari desain ini sangat banyak. Misalnya, ada masalah seret. Kapal bergantung pada peningkatan kecepatan untuk mengakumulasi bahan bakar, tetapi karena bertabrakan dengan hidrogen antarbintang yang semakin banyak, kapal itu mungkin juga kehilangan kecepatan - terutama di daerah yang lebih padat di galaksi. Kedua, deuterium dan tritium (digunakan dalam reaktor fusi di sini di Bumi) jarang terjadi di ruang angkasa, sedangkan sekering hidrogen biasa (yang berlimpah di ruang angkasa) berada di luar metode kami saat ini.
Konsep ini telah dipopulerkan secara luas dalam fiksi ilmiah. Mungkin contoh paling terkenal dari ini adalah dalam waralaba Star Trek, di mana "Pengumpul Bussard" adalah nacelles bersinar pada mesin warp. Namun dalam kenyataannya, pengetahuan kita tentang reaksi fusi perlu berkembang jauh sebelum ramjet dimungkinkan. Kita juga harus mencari tahu masalah seret sial itu sebelum kita mulai mempertimbangkan untuk membangun kapal seperti itu!
Layar laser:
Layar surya telah lama dianggap sebagai cara yang hemat biaya untuk menjelajahi Tata Surya. Selain relatif mudah dan murah untuk diproduksi, ada bonus tambahan layar surya yang tidak membutuhkan bahan bakar. Alih-alih menggunakan roket yang membutuhkan propelan, layar menggunakan tekanan radiasi dari bintang untuk mendorong cermin ultra-tipis besar ke kecepatan tinggi.
Namun, demi penerbangan antarbintang, berlayar seperti itu perlu didorong oleh sinar energi terfokus (mis. Laser atau gelombang mikro) untuk mendorongnya ke kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Konsep ini awalnya diusulkan oleh Robert Forward pada tahun 1984, yang adalah seorang fisikawan di laboratorium penelitian Hughes Aircraft pada saat itu.
Konsep ini mempertahankan manfaat berlayar surya, karena tidak memerlukan bahan bakar onboard, tetapi juga dari fakta bahwa energi laser tidak menghilang dengan jarak hampir sebanyak radiasi matahari. Jadi sementara berlayar yang digerakkan laser akan membutuhkan waktu untuk mempercepat ke kecepatan mendekati cahaya, itu akan terbatas hanya pada kecepatan cahaya itu sendiri.
Menurut sebuah studi tahun 2000 yang diproduksi oleh Robert Frisbee, direktur studi konsep propulsi canggih di Jet Propulsion Laboratory NASA, layar laser dapat dipercepat hingga setengah kecepatan cahaya dalam waktu kurang dari satu dekade. Dia juga menghitung bahwa layar yang berdiameter sekitar 320 km (200 mil) dapat mencapai Proxima Centauri hanya dalam waktu singkat 12 tahun. Sementara itu, layar dengan diameter sekitar 965 km (600 mil) akan tiba tepat di bawah 9 tahun.
Namun, layar seperti itu harus dibangun dari komposit canggih untuk menghindari pencairan. Dikombinasikan dengan ukurannya, ini akan menambahkan hingga satu sen yang cukup! Lebih buruk lagi adalah biaya yang dikeluarkan dari membangun laser yang besar dan cukup kuat untuk menggerakkan layar hingga setengah kecepatan cahaya. Menurut penelitian Frisbee sendiri, laser akan membutuhkan aliran daya 17.000 terawatt yang stabil - dekat dengan apa yang dikonsumsi seluruh dunia dalam satu hari.
Mesin Antimateri:
Penggemar fiksi ilmiah pasti pernah mendengar tentang antimateri. Tetapi jika Anda tidak, antimateri pada dasarnya adalah bahan yang terdiri dari antipartikel, yang memiliki massa yang sama tetapi muatannya berlawanan dengan partikel biasa. Sementara itu, mesin antimateri adalah suatu bentuk daya dorong yang menggunakan interaksi antara materi dan antimateri untuk menghasilkan tenaga atau untuk menciptakan daya dorong.
Singkatnya, mesin antimateri melibatkan partikel hidrogen dan antihidrogen yang dibanting bersama. Reaksi ini melepaskan energi sebanyak bom termonuklir, bersama dengan hujan partikel-partikel subatomik yang disebut pion dan muon. Partikel-partikel ini, yang akan bergerak pada sepertiga kecepatan cahaya, kemudian disalurkan oleh nosel magnetik untuk menghasilkan daya dorong.
Keuntungan dari kelas roket ini adalah bahwa sebagian besar massa sisa campuran materi / antimateri dapat dikonversi menjadi energi, yang memungkinkan roket antimateri memiliki kepadatan energi yang jauh lebih tinggi dan impuls spesifik daripada kelas roket lain yang diusulkan. Terlebih lagi, mengendalikan reaksi semacam ini dapat mendorong roket hingga setengah kecepatan cahaya.
Pound untuk pound, kelas kapal ini akan menjadi yang tercepat dan paling hemat bahan bakar yang pernah dikandung. Sementara roket konvensional membutuhkan berton-ton bahan bakar kimia untuk mendorong pesawat ruang angkasa ke tujuannya, sebuah mesin antimateri dapat melakukan pekerjaan yang sama hanya dengan beberapa miligram bahan bakar. Faktanya, penghancuran timbal balik dari setengah pon partikel hidrogen dan antihidrogen akan melepaskan lebih banyak energi daripada bom hidrogen 10 megaton.
Karena alasan yang tepat itulah NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) telah menyelidiki teknologi ini sebagai sarana yang memungkinkan untuk misi Mars di masa depan. Sayangnya, ketika merenungkan misi ke sistem bintang di dekatnya, jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk melakukan perjalanan dikalikan secara eksponensial, dan biaya yang diperlukan untuk memproduksinya akan sangat astronomi (tidak ada kata!).
Menurut laporan yang disiapkan untuk Konferensi dan Pameran Bersama AIAA / ASME / SAE / ASEE ke-39 (juga oleh Robert Frisbee), roket antimateri dua tahap membutuhkan lebih dari 815.000 metrik ton (900.000 ton) bahan bakar untuk melakukan perjalanan ke Proxima Centauri dalam waktu sekitar 40 tahun. Itu tidak buruk, sejauh jadwal berjalan. Tetapi sekali lagi, biaya ...
Sementara satu gram antimateri akan menghasilkan jumlah energi yang luar biasa, diperkirakan bahwa memproduksi hanya satu gram akan membutuhkan sekitar 25 juta miliar kilowatt-jam energi dan menghabiskan biaya lebih dari satu triliun dolar. Saat ini, jumlah total antimateri yang telah dibuat oleh manusia adalah kurang dari 20 nanogram.
Dan bahkan jika kita bisa memproduksi antimateri dengan harga murah, Anda akan membutuhkan kapal besar untuk menampung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan. Menurut laporan oleh Dr. Darrel Smith & Jonathan Webby dari Embry-Riddle Aeronautical University di Arizona, sebuah pesawat antarbintang yang dilengkapi dengan mesin antimateri dapat mencapai 0,5 kecepatan cahaya dan mencapai Proxima Centauri dalam waktu singkat. 8 tahun. Namun, kapal itu sendiri akan berbobot 400 metrik ton (441 ton AS) dan akan membutuhkan 170 metrik ton (187 ton AS) bahan bakar antimateri untuk melakukan perjalanan.
Cara yang mungkin untuk melakukannya adalah membuat kapal yang bisa membuat antimateri yang kemudian bisa disimpan sebagai bahan bakar. Konsep ini, dikenal sebagai Vakum untuk Antimateri Rocket Interstellar Explorer System (VARY), diusulkan oleh Richard Obousy dari Icarus Interstellar. Berdasarkan gagasan pengisian bahan bakar in-situ, kapal Varies akan bergantung pada laser besar (didukung oleh susunan surya yang sangat besar) yang akan menciptakan partikel antimateri ketika ditembakkan di ruang kosong.
Sama seperti konsep Ramjet, proposal ini memecahkan masalah membawa bahan bakar dengan memanfaatkannya dari ruang angkasa. Tapi sekali lagi, biaya kapal semacam itu akan sangat mahal menggunakan teknologi saat ini. Selain itu, kemampuan untuk membuat antimateri dalam volume besar bukanlah sesuatu yang saat ini kami punya kekuatan untuk dilakukan. Ada juga masalah radiasi, karena penghancuran materi-antimateri dapat menghasilkan ledakan sinar gamma berenergi tinggi.
Ini tidak hanya menimbulkan bahaya bagi kru, yang membutuhkan perisai radiasi yang signifikan tetapi juga mengharuskan engine terlindung juga untuk memastikan mereka tidak mengalami degradasi atom dari semua radiasi yang terpapar. Jadi intinya, mesin antimateri benar-benar tidak praktis dengan teknologi kita saat ini dan dalam lingkungan anggaran saat ini.
Alcubierre Warp Drive:
Penggemar fiksi ilmiah juga tidak diragukan lagi akrab dengan konsep Drive Alcubierre (atau "Warp"). Diusulkan oleh fisikawan Meksiko Miguel Alcubierre pada tahun 1994, metode yang diusulkan ini merupakan upaya untuk membuat perjalanan FTL menjadi mungkin tanpa melanggar teori Relativitas Khusus Einstein. Singkatnya, konsep ini melibatkan peregangan jalinan ruang-waktu dalam gelombang, yang secara teoritis akan menyebabkan ruang di depan objek berkontraksi dan ruang di belakangnya meluas.
Objek di dalam gelombang ini (mis. Pesawat ruang angkasa) kemudian akan dapat naik gelombang ini, yang dikenal sebagai "gelembung lungsin", di luar kecepatan relativistik. Karena kapal tidak bergerak di dalam gelembung ini tetapi sedang dibawa seiring bergerak, aturan ruang-waktu dan relativitas akan berhenti berlaku. Alasannya, metode ini tidak mengandalkan bergerak lebih cepat daripada cahaya dalam arti lokal.
Hanya "lebih cepat dari cahaya" dalam arti bahwa kapal dapat mencapai tujuannya lebih cepat daripada seberkas cahaya yang bepergian di luar gelembung lungsin. Jadi dengan asumsi bahwa pesawat ruang angkasa dapat dilengkapi dengan sistem Drive Alcubierre, itu akan dapat melakukan perjalanan ke Proxima Centauri di kurang dari 4 tahun. Jadi ketika datang ke perjalanan ruang angkasa teoritis, ini adalah teknologi yang paling menjanjikan, setidaknya dalam hal kecepatan.
Secara alami, konsep ini telah menerima bagiannya dari argumen-argumen selama bertahun-tahun. Yang paling utama di antara mereka adalah kenyataan bahwa ia tidak memperhitungkan mekanika kuantum dan dapat dibantah oleh Teori Segalanya (seperti loop quantum gravity). Perhitungan pada jumlah energi yang dibutuhkan juga mengindikasikan bahwa drive warp akan membutuhkan jumlah daya yang besar untuk bekerja. Ketidakpastian lainnya termasuk keamanan sistem seperti itu, efek pada ruang-waktu di tempat tujuan, dan pelanggaran kausalitas.
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!
