Du hành liên sao

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm

Du hành không gian liên saodu hành có người lái hoặc không người lái giữa các ngôi sao. Khái niệm du hành trong không gian liên sao trên các phi thuyền vũ trụ liên sao là mảnh đất màu mỡ cho khoa học viễn tưởng. So với du hành liên hành tinh, du hành liên sao khó khăn hơn rất nhiều. Du hành giữa các thiên hà càng khó khăn hơn.

Nhiều bài báo khoa học về các khái niệm liên quan đã được công bố. Với thời gian đủ lớn và khoa học kỹ thuật cho phép, cả du hành không người lái và có người dường như đều có thể, mặc dù nó là một thách thức công nghệ và kinh tế rất đáng kể, không thể đáp ứng trong tương lai gần, nhất là tàu có người lái.

Điều khác biệt trong du lịch liên sao[sửa | sửa mã nguồn]

Du hành liên ngôi sao không giống như du hành trên Trái Đất. Thời cổ đại và trung đại, du lịch vòng quanh Trái Đất chẳng khó khăn lắm chỉ mất vài năm. Ngày nay, máy bay đi xung quanh Trái Đất cần khoảng hai ngày, phi thuyền trên quỹ đạo gần Trái Đất chỉ cần 90 phút thôi, bay lên Mặt Trăng 3 ngày nhưng bay tới ngôi sao khác mất từ mấy chục tới mấy ngàn năm.

Thí dụ nếu khoảng cách từ Mặt Trời tới Trái Đất bằng một mét (150 x 106 km), thì ngôi sao gần nhất xa hơn 270 cây số (40,5 x 1012 km). Nếu một chiếc phi thuyền bay với vận tốc 3000 km/s (1% tốc độ ánh sánh), thời gian để chiếc phi thuyền đó bay đến ngôi sao gần nhất là 430 năm.

Giả sử muốn đi du lịch 10 năm ánh sáng (9,5 x 1013 km, không gồm thời gian gia tốc):

Vận tốc (km/giây) Thời gian (năm) Năng lượng (J/kg)
3000 (0.01c) 1000 4,5 x 1012
15 000 (0.05c) 200 1,1 x 1014
30 000 (0.10c) 100 4,5 x 1014
150 000 (0.50c) 20 1,4 x 1016
210 000 (0.70c) 14.3 3,6 x 1016

Một phi thuyền khối lượng khoảng 100 000 kg sẽ cần 1,1 x 1019 J để có thể đến vận tốc 15 000 km/s và du hành 200 năm. Khi sắp tới ngôi sao đó phải giảm tốc độ, có lẽ sẽ cần thêm 1,1 x 1019 J. Nếu hiệu suất của động cơ bằng 0.3 tổng năng lượng là 7,3 x 1019 J bằng 15,5% năng lượng toàn thế giới đã dùng năm 2008 (4,74×1020 J). Muốn có đủ năng lượng để cung cấp cho phi thuyền liên sao, con người phải dùng năng lượng nguyên tử. Với kỹ thuật ngày nay, con người vẫn chưa thể tạo một phi thuyền như vậy.

Nếu muốn gửi người lên phi thuyền du hành liên sao, vài vấn đề khác xuất hiện. Thứ nhất là phóng xạ vũ trụ: proton hay nguyên tử có vận tốc gần vận tốc ánh sáng và tia gama. Người ở Trái Đất có khí quyển và từ trường Trái Đất để bao vệ. Phi thuyền bay liên sao phải dùng tường hay từ trường nhân tạo để bảo vệ con người bên trong. Tường (vỏ phi thuyền) sẽ tăng năng lượng phi thuyền và từ trường có sức đủ sẽ tốn năng lượng nhiều. Cũng không nên tạo vỏ phi thuyền bằng chất có nguyên số cao cạnh phóng xạ này tại khi proton chúng (va chạm vào vỏ phi thuyền) dễ thể tạo phóng xạ nhì lợi hại hơn phóng xạ gốc. Vỏ phi thuyền nên làm bằng chất có nguyên số thấp như cacbon để tránh tạo ra phóng xạ hại thêm. Từ trường cao ảnh hưởng sức khỏe con người như thế nào còn chưa rõ. Thời tương lai, có lẻ có khả năng chỉnh di tố người chịu phóng xạ mức cao hơn.

Thứ hai, con người phải ở trong môi trường nhiệt độ không cao quá hoặc thấp quá, có không khí, nước uống, và đồ ăn. Cần một hệ thống xài không khí, nước, v.v. lại mà hoạt động không hư. Đời sống con người chưa đủ dài để sống tới kết thúc du hành nếu kéo đi hơn 70 - 80 năm. Có thể đổi di tố người sống thọ hơn nhiều nhưng chưa ai tìm ra phương pháp. Có nhà học đang nghiên cứu phương pháp kéo dài tuổi thọ con người và trong vài chục năm nữa họ sẽ thành công. Có những phương pháp có thể làm cho người sống lâu hơn, trên mặt lý thuyết, như ngủ một giấc thật dài. Vì khi ngủ cơ thể như ngừng hoạt động, do đó làm chậm lại quá trình lão hoá. Hoặc là làm phương pháp nào đó đóng băng con người nhưng vẫn giữ các cơ quan nội tạng không bị hại. Nếu người du hành được làm như vậy họ có thể làm đời sống kéo dài vài 100 năm thậm chí vài ngàn năm.

Một chuyển đi dài như vậy đương nhiên các thiết bị máy móc trong phi thuyền sẽ hư hao, chứa kể đến nhưng tai nạn có thể xảy ra ngoài không gian. Để giải quyết vấn đề máy móc hư hỏng, nên gửi khoảng 100+ người chung, như lập một "làng liên sao" nhỏ đi du hành và mỗi người sẽ có vài nghê nghiệp quan trọng như sản xuất bộ phận, sửa chữa phi thuyền. Những bộ phận khác cũng rất cần thiết như y tế, hướng dẫn phi thuyền, thiên văn, trồng và nuôi cây, khu vực giải trí, v.v. Vài thế hệ người của làng này sẽ chết và sinh ra trên phi thuyền trước khi tới, phải có đủ chỗ cho các thế hệ sau.

Tâm lý cũng đóng vai trò quan trọng trong chuyến đi dài. Gửi nhiều người sẽ giúp giải quyết vấn đề đó. Ít có người chịu đi du hành xa mà biết trước sẽ không gặp kết quả du lịch (nếu môi trường Trái Đất trở nên quá xấu chắc không khó kiếm người). Người du hành bị nhốt trong phi thuyền quá lâu nhưng có gia đình và bạn bè đi chung có thể giảm bớt cảm giác buồn chán. Ngược lại gửi nhiều người chung sẽ tạo vấn đề của một xã hội nhỏ.

Không có sức hút trọng trường chỉ vài tháng làm cơ thể người sẽ yếu, xương sẽ bị mất calcium. Tập thể dục và uống thuốc có thể ngăn chặn sự suy yếu của cơ thể nhưng không thể chữa hoàn toàn. Các kỹ sư đã nghĩ đến tạo ra phi thuyền có bộ phần quay tròn và dùng gia tốc này làm sức hút nhân tạo. Bán kính bộ phận này phải lớn ít nhất vài chục mét.

Gia tốc a = r ω2, ω là tốc độ quay, r là bán kính. Tại mặt Trái Đất a ≈ 9,8 m/giây2.

Bán kính (m) Tốc độ quay (rad/giây) Tốc độ quay (vòng/phút) Vận tốc tại r (m/giây) Sự khác gia tốc (m/giây2)
10 0,98 9,4 9,9 1,7
15 0,81 7,7 12,1 1,1
20 0,70 6,7 14,0 0,83
25 0,63 6,0 15,6 0,67
30 0,57 5,5 17,1 0,56
35 0,53 5,1 18,5 0,48
40 0,49 4,7 19,8 0,42
45 0,47 4,5 21,0 0,37
50 0,44 4,2 22,1 0,33

Sự khác gia tốc là gia tốc giữa đầu và chân cho một người cao 1,7 m cao. Đổi di tố người cũng có thể giúp chuyện này.

Vấn Đề Năng Lượng[sửa | sửa mã nguồn]

Du hành liên sao cần năng lượng rất nhiều cho nên giá tốn gởi phi thuyền sẽ theo năng lượng. Nhờ vai công thược có thể xem sét cần trở cấp năng lượng bao nhiều. Du hành có hai nhiệm vụ. Một là phải có năng lượng đủ cho tăng tốc độ và giàm tốc độ và hai là năng lượng cho điểu khiện và cho hệ thống phi thuyền hoạt động. Nếu đi chậm năng lượng cần cho tăng giảm tốc độ sẽ bớt nhưng năng lượng cho điểu khiện và hệ thống phi thuyền hoạt động sẽ nhiều hơn. Phương trình động năng lượng là hàm số bật nhì vận tốc:

Nđm v2 (v << c)

(m là khôi lượng phi thuyền), con phương trình hoạt động năng lượng là hàm số nghịch vận tốc (bật nhất thời gian):

Nhk/v

(k là khoảng cách du hành) Tổng cộng năng lượng bằng

N = b1 m v2 + b2 k/v

b1b2 là hai hằng số. Nếu đạo hàm công thức này được tìm vận tốc tiết kiệm năng lượng nhất

dN/dv = 2 b1 m vb2 k/v2 = 0

v = [(b2 k)/(2 b1 m)] 1/3

Từ công thức này là hàm số cạnh ba thuộc tỉ lệ k/m. Phi thuyền nhẹ và bay xa nên bay lẻ. Phi tuyền nặng (ví dụ trở tài nguyên) nên đi chậm hơn.

Công thức lên trên rất đơn giản và chưa biết giá trị khối lượng và hai hằng số b1, b2.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  • Eugene Mallove and Gregory Matloff (1989). The Starflight Handbook. John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-61912-4. 
  • Zubrin, Robert (1999). Entering Space: Creating a Spacefaring Civilization. Tarcher / Putnam. ISBN 1-58542-036-0. 
  • Eugene F. Mallove, Robert L. Forward, Zbigniew Paprotny, Jurgen Lehmann: "Interstellar Travel and Communication: A Bibliography," Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 33, pp. 201–248, 1980.
  • Geoffrey A. Landis, "The Ultimate Exploration: A Review of Propulsion Concepts for Interstellar Flight," in Interstellar Travel and Multi-Generation Space Ships, Kondo, Bruhweiller, Moore and Sheffield., eds., pp. 52–61, Apogee Books (2003), ISBN 1-896522-99-8.
  • Zbigniew Paprotny, Jurgen Lehmann: "Interstellar Travel and Communication Bibliography: 1982 Update," Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 36, pp. 311–329, 1983.
  • Zbigniew Paprotny, Jurgen Lehmann, John Prytz: "Interstellar Travel and Communication Bibliography: 1984 Update" Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 37, pp. 502–512, 1984.
  • Zbigniew Paprotny, Jurgen Lehmann, John Prytz: "Interstellar Travel and Communication Bibliography: 1985 Update" Journal of the British Interplanetary Society, Vol. 39, pp. 127–136, 1986.

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]