¿Qué tan cerca del viaje espacial interestelar podrían estar los humanos en un futuro cercano?

Hagamos un cálculo o dos, ¿de acuerdo? ( Nota: todos aquellos que deseen saltarse las matemáticas aburridas pueden leer la parte inferior de esta respuesta ) .

Cómo encontrar la velocidad que buscas:

Encontrar la energía necesaria para llegar a esa velocidad:

¿Podemos hacerlo? . . .

Según wikipedia

En 2011, el consumo mundial total de energía fue de 549 exajulios

Multiplique eso por 50 años, y todavía no tenemos suficiente.

Supongo que podríamos usar la escala de Kardashev para averiguar cuándo la humanidad tendrá energía a ese ritmo. Usando esta fórmula:

y encontramos que deberíamos ser una civilización Tipo 1.03692. Dado que actualmente somos una civilización Tipo 0.7, deberíamos estar en ese punto en unos 100 a 200 años. Tenga en cuenta, sin embargo, que esta cifra es para un barco que usa toda la energía total de la humanidad, lo cual no es realista. Sin embargo, muestra que no podremos aprovechar esa energía en absoluto por un tiempo.

También estaría agradecido si alguien pudiera verificar mis cálculos. Usé esta calculadora de logaritmos, por si alguien quiere usarla. Los índices de conversión se pueden encontrar fácilmente en línea.

¿Cuáles son las principales barreras que la humanidad tendría que superar para alcanzar esas velocidades?

Si estamos hablando únicamente de viajar a esta velocidad, es decir, suponiendo que hayamos descubierto todo lo demás, el principal problema es la propulsión. Como mostró el resultado anterior (para aquellos que se lo saltaron, solo deben saber que necesitaríamos mucha energía para alcanzar estas velocidades), no es fácil viajar rápido en el espacio. Aquí hay algunas opciones :

• Bussard Ramjet : tome gas de hidrógeno que flota en el espacio interestelar, comprímalo, comience la fusión y conviértalo en empuje. Obstáculos: tiene que ser muy grande y tienes que estar seguro de que tienes hidrógeno en el espacio. Ah, y tienes que dominar la fusión.

• Pulso nuclear : arroja bombas nucleares por la parte trasera de la nave espacial y monta las ondas de choque. Esto se usó en el hipotético Proyecto Dédalo y el igualmente hipotético Proyecto Orión. Ninguna idea despegó (juego de palabras definitivamente intencionado). Obstáculos: Tienes que hacer un montón de bombas nucleares. Además, tienes que encontrar una nación que esté dispuesta a sacrificar un montón de tierra por la plataforma de lanzamiento, porque esa plataforma de lanzamiento y el área circundante serán completamente destruidas.

  Alternativamente, podría usar esta idea en el espacio, como sugirió Lohoris .

• Vela solar - Monta la presión de radiación de una estrella usando una vela. Obstáculos: Tienes que hacer y desplegar una enorme vela de kilómetros de ancho. Además, la aceleración es increíblemente lenta.

• Cohete de antimateria : he guardado lo mejor para el final. Reúna materia y antimateria y aproveche la energía de la aniquilación. Obstáculos: Muy caro, porque la antimateria es cara. Además, tendrás que hacer bastante al principio, aunque puedes empezar a deslizarte en algún momento. Eso sí, hay que ser muy delicado. Muuuy delicado.

Lo más probable es que la colonización del espacio no salga como imaginas.

En realidad, podría haber cientos y miles de planetas dentro de 1 año luz del Sol. Si no hay estrellas que se acerquen no significa necesariamente que no haya planetas, tanto vagando como orbitando alrededor del Sol. Las estadísticas predicen que hay muchos más planetas errantes en la galaxia que estrellas.

Como tal, es posible que la gente del futuro no piense que es necesario viajar a otras estrellas antes de que colonicen al menos el sistema solar. A medida que la exploran, encuentran cada vez más cuerpos celestes aptos para la colonización, acercándose gradualmente a otras estrellas.

Difícil pero posible.

$15ly$en$50$años requeriría$0.3$veces la velocidad de la luz. Para alcanzar esta velocidad, podríamos acelerar con$4g\approx 40m/s^2$durante 26 días (o 51 días con$20m/s^2$o 13 con$80m/s^2$.. el último sería muy desagradable para los pasajeros).

¿Cuánta energía se necesitaría? Quedémonos en$150000$montones. Entonces es$E_1=\frac{1}{2}mv^2=\frac{1}{2}m(0.3c)^2\approx6e23\,\text{Joule}$. Si usamos fórmulas relativistas, necesitaríamos$6.5e23 \text{Joule}$. Lo suficientemente cerca para nuestras estimaciones. ¡Pero espera! Ahora alcanzamos el sistema objetivo pero aún viajamos a una fracción notable de la velocidad de la luz. Necesitamos deshacernos de esta velocidad y necesitamos la misma cantidad de energía nuevamente. Esto se resume a$E=E_1\times 2=1.2e24 \text{Joule}$. Por cierto, eso es casi 8 toneladas de antimateria.

¿Cómo obtenemos la energía? Probemos con la energía solar. La constante solar es$E_0=1367\frac{W}{m^2}$cerca de la tierra. Esta constante es proporcional a la inversa de la distancia al sol al cuadrado. A$0.1AE$(alrededor de un tercio de la distancia del sol al mercurio), su$E_{0}^\text{Mercury}=137\frac{kW}{m^2}$. Para obtener suficiente energía en un año, necesitamos cubrir un área de$\frac{E}{E_{0}^\text{Mercury}}\times \text{seconds per year}\approx 7e12m^2$(eso es alrededor$2700km \times 27000km$- difícil pero posible). Sin embargo, debe escalarlo para la conversión de pérdida general debido a las ineficiencias. Hay otras formas como reactores de fusión, fusión mágica en frío, etc. Tú eliges.

Ahora la parte más difícil: ¿cómo convertir la energía en velocidad?

• ¿ Paneles solares ? La aceleración es dolorosamente lenta en nuestro sistema solar y disminuye con la distancia al cuadrado (el doble de la distancia, la aceleración disminuye por un factor de 4).
• No desea usar un FTL, por lo que no puede inventar una unidad warp clásica. Tal vez puedas inventar algo como una deformación más lenta que la luz, pero esto haría que todos los cálculos fueran inútiles ya que no hay conocimiento al respecto. Si desea apegarse a la ciencia ficción dura sin deformación, necesita algo que lo agote para empujarlo hacia adelante.
• Los impulsos de proposición clásicos también están fuera de discusión. Echa un vistazo a la ecuación del cohete . El cohete Ariane 5 tiene un impulso específico de$440s$. Poniendo nuestros números, encontramos una masa alrededor$e^{20850}kg$- Más del doble de precisión puede manejar. Necesita algo para empujar con una fracción notable de$c$.
• La idea de que las bombas nucleares (¿antimateria?) te impulsen hacia adelante es tentadora. Pero las explosiones son ráfagas cortas y necesitamos muchas de ellas durante mucho tiempo (recuerde el$4g$más de 26 días?). Este es un gran desafío para la estructura de tu nave espacial.
• Creo que tienes que inventar algo nuevo como un acelerador de partículas a gran escala que dispare la materia a la velocidad de la luz. Todavía necesita una gran cantidad de estas partículas... para el necesario$\Delta v=0.6c$ $0.8$veces la masa de tu barco -$123'000t$. Recuerde ampliar sus paneles solares.

Todos los SciFi que conozco que buscan otros sistemas solares, incluso los más duros, tienen algún dispositivo / propulsor mágico sin una ciencia real detrás de ellos (motor warp, túneles warp, teletransportación instantánea a años luz, ...). No creo que puedas evitarlo.

Ahora el componente social. Pruebe las cámaras de sueño criogénicas, eso es lo más fácil (soy más un tipo técnico).

Ok, entonces las mejores y más ilustradas respuestas aquí han considerado la cantidad de energía requerida para viajar estas distancias.

Si desea atajar los cientos de años que nos llevará llegar a este punto, puede intentar lo siguiente:

• Influencia externa

Alguien como los vulcanos nos visita desde otro planeta y comparte tecnología avanzada de vuelos espaciales. O quizás robemos la tecnología después de su visita.

• Regalo del espacio

Algo así como un meteorito golpea la Tierra transportando grandes cantidades de algún nuevo tipo de compuesto de combustible que es más efectivo que cualquier cosa que tengamos en la Tierra.

• Viaje en el tiempo

Personas del futuro lejano vienen a nuestro tiempo para compartir con nosotros la tecnología avanzada requerida para los vuelos espaciales.

• Mensajes desde el espacio

Una raza alienígena nos envía los diseños para construir naves interestelares.

• Tecnología desconocida

En algún momento en un futuro no muy lejano se produce un gran avance que cambia nuestra comprensión del espacio y el tiempo, permitiéndonos llegar a este nivel de tecnología más rápido.

Sí, según nuestros cálculos de los requisitos de energía, que es correcto, y la escala de Kardashev de 300 a 350 años sería una buena suposición.

Esto sería para una nave estelar sublumínica que use 7 x10 ^24 julios... probablemente alimentado por fusión. Todavía muy "pre-warp", ya que el motor warp probablemente requeriría una civilización de nivel medio dos de Kardashev...

Aunque, como dijo Nick R, los nuevos descubrimientos "múltiples" que resultan en cambios de paradigma podrían acelerar esa nave tipo Daedalus tal vez eliminando 100 años de esa estimación de 300 - 350 años...

Con un propulsor electromagnético como VASIMIR y un pequeño y agradable reactor de fisión como SNAP , estás a unos 50 años de iniciar una sonda no tripulada. De acuerdo, aún necesita un generador liviano de más de 200 W con clasificación espacial.

¿Una sonda tripulada? Piensa otra vez. Y olvídate de transportar equipos de terraformación. Una sonda con una velocidad de escape diez veces mejorada de VASIMIR (500 km/s desde 50 km/s, que no es demasiado ambicioso para 50 años en mi opinión) necesita tener una relación de carga útil inferior al 1% para llegar a 0,01 c.

Con 1000 km/s, parecería que las cosas se vuelven prácticamente útiles, como tener suficiente combustible para reducir la velocidad después del crucero (la relación de carga útil inicial para la aceleración es la raíz cuadrada de la relación de carga útil absoluta). Pero aún más como 250 años de tiempo de viaje. Es cierto que necesitarías un reactor de fusión aquí. Además de su eficiencia mucho mejor (energía/kg de combustible), tiene el beneficio adicional de que puede usar el producto de fusión como medio de propulsión adicional.

Útil: http://www.wolframalpha.com/input/?i=rocket+speed

Una teoría del campo unificado sugiere 11 dimensiones. Si es cierto, tal vez uno podría atravesar una distancia tridimensional pasando a través de una o más dimensiones superiores. Doblando el espacio, o plegándote a ti mismo para deslizarte entre dimensiones. Es posible que necesite una puerta para permitir un viaje de regreso a menos que el dispositivo sea lo suficientemente pequeño como para llevarlo con usted.

La NASA planea tener su nave Warp construida para 2100, por lo que es poco probable que intentemos ningún viaje interestelar hasta que demuestre ser inviable. Dado que, como punto de partida, deberíamos esperar un fracaso entre ahora y entonces en su universo.

Se planea una misión a Marte a mediados de la década de 2030 y podría retrasarse hasta una década. Entonces puede esperar al menos una o dos décadas lidiando con Marte.

Esto lo coloca en 2050 antes de que lleguemos a las pruebas warp a gran escala. Esperaría al menos 10-30 años de pruebas y esto nos da una fecha de 2080 de cuándo comenzarán a planificarse las sondas y demás.

dentro de una o dos décadas de esto, lanzaremos sondas que estarán equipadas con propulsores de iones o velas solares o algo así y hay muchas estrellas dentro de 50-100 años luz y cada una tarda más de 8 años en llegar y 4 en comunicarse de vuelta. 12 años es el mínimo para eso, lo que significa que ahora estás arriba de 2112 antes de que obtengamos información sobre cualquier estrella. Suponiendo un acierto perfecto, tenemos una década o dos para planear la misión y más de 8 años para llegar al planeta, porque la nave probablemente tendrá que ir más despacio, pero olvidando eso, el tiempo mínimo al año que tardaremos aterrizar en otro planeta para colonizarlo es 2140 si no tenemos warp de ningún tipo.

Irónicamente, Warp probablemente retrasaría esto porque entonces no nos apresuraríamos a colonizar porque el tiempo no sería realmente un problema tan grande y te encontrarías con eso de que la velocidad de las naves se superaría constantemente entre sí, por lo que es mejor construir una significativamente avanzada. nave warp donde el desarrollo superado no importaría.

Una línea de tiempo más realista sería 2200 o 2300 simplemente para recuperar todos los datos y hacer muchas pruebas de embarcaciones de corto alcance durante períodos más largos para asegurarse de que lleguen a donde deben ir y también transporten materiales de construcción.