Cât de mare ar trebui să fie o navă de generație pentru a menține în viață un echipaj de 500 de oameni pentru călătoria către o altă stea?
Nu există două moduri, Universul este un loc extrem de mare! Și datorită limitărilor impuse de Relativitatea Specială, călătoria chiar și în cele mai apropiate sisteme stelare ar putea dura milenii. Așa cum am abordat în a articolul anterior , timpul estimat de călătorie către cel mai apropiat sistem stelar (Alpha Centauri) ar putea dura între 19.000 și 81.000 de ani folosind metode convenționale.
Din acest motiv, mulți teoreticieni au recomandat ca omenirea să se bazeze pe nave generației pentru a răspândi sămânța umanității printre stele. Desigur, un astfel de proiect prezintă multe provocări, dintre care nu în ultimul rând este cât de mare ar trebui să fie o navă spațială pentru a susține un echipaj multigenerațional. Într-o studiu nou , o echipă de oameni de știință internaționali a abordat tocmai această întrebare și a stabilit că va fi nevoie de mult spațiu interior!
Studiul, care recent a aparut online , a fost condus de dr. Frederic Marin al Observatorul Astronomic din Strasbourg și dr. Camille Beluffi, un fizician al particulelor cu start-up-ul științific Casc4de . Lor li s-a alăturat Dr. Rhys Taylor de la Institutul Astronomic al Academiei Cehe de Științe , și Dr. Loic Grau de la firma de inginerie structurală Morphosens .
Studiul lor este cel mai recent dintr-o serie condusă de Dr. Marin și Dr. Beluffi care abordează provocările de trimitere a unei nave spațiale multi-generaționale către un alt sistem stelar. Într-un studiu anterior, s-au adresat cât de mare ar trebui să fie echipajul unei nave de generație pentru a ajunge la destinație sănătoși.
Ei au făcut acest lucru folosind un software cu coduri numerice personalizat dezvoltat de Dr. Marin însuși este cunoscut sub numele de HERITAGE. Într-un interviu anterior cu Dr. Marin, el a descris HERITAGE ca „un cod Monte Carlo stocastic care ține cont de toate rezultatele posibile ale simulărilor spațiale prin testarea fiecărui scenariu randomizat pentru procreare, viață și moarte”.
Din analiza lor, ei au stabilit că ar fi nevoie de minim 98 de persoane pentru a îndeplini o misiune multigenerațională într-un alt sistem stelar, fără riscuri de tulburări genetice și alte efecte negative asociate căsătoriilor. Pentru acest studiu, echipa a abordat întrebarea la fel de importantă a modului de hrănire a echipajului.
Având în vedere că stocurile de hrană uscată nu ar fi o opțiune viabilă, deoarece acestea s-ar deteriora și s-ar deteriora în timpul secolelor în care nava a fost în tranzit, nava și echipajul ar trebui să fie echipate pentru a-și cultiva propria hrană. Acest lucru ridică întrebarea, cât spațiu ar fi necesar pentru a produce suficiente recolte pentru a menține hrănirea unui echipaj considerabil?
Cântărind 60.000 de tone atunci când este complet alimentat, Daedalus ar depăși chiar și racheta Saturn V. Credit: Adrian Mann
Când vine vorba de călătorii în spațiu, dimensiunea navei spațiale este o problemă majoră. După cum a explicat Dr. Marin Universe Today prin e-mail:
„Cu cât satelitul este mai greu, cu atât este mai scump să-l lansezi în spațiu. Apoi, cu cât nava spațială este mai mare/mai grea, cu atât sistemul de propulsie va fi mai complicat și mai costisitor din punct de vedere al resurselor. De fapt, dimensiunea navei spațiale va constrânge mulți parametri. În cazul unei nave de generație, cantitatea de hrană pe care o putem produce este direct legată de suprafața din interiorul navei. Această zonă este, la rândul său, legată de mărimea populației de la bord. Dimensiunea, producția de alimente și populația sunt, de fapt, intrinsec legate.”
Pentru a aborda această întrebare importantă – „cât de mare trebuie să fie nava?” – echipa s-a bazat pe o versiune actualizată a software-ului HERITAGE. După cum afirmă ei în studiul lor, această versiune „ține în considerare caracteristicile biologice dependente de vârstă, cum ar fi înălțimea și greutatea, precum și caracteristicile legate de numărul variabil de coloniști, cum ar fi infertilitatea, sarcina și ratele de avort spontan”.
Dincolo de aceasta, echipa a ținut cont și de nevoile calorice ale echipajului pentru a calcula câtă hrană ar trebui produsă pe an. Pentru a realiza acest lucru, echipa a inclus date antropomorfe în simulările lor pentru a determina câte calorii vor fi consumate în funcție de vârsta, greutatea, înălțimea, nivelul de activitate și alte date medicale ale pasagerului.
Conceptul Project Orion pentru o navă spațială cu propulsie nucleară. Credit: silodrome.co
„Folosind Ecuația Harris-Benedict pentru a estima rata metabolică bazală a unui individ, am evaluat câte kilograme trebuie consumate pe zi per persoană pentru a menține greutatea corporală ideală. Am avut grijă să includem variațiile de greutate și înălțime pentru a ține cont de o populație realistă, inclusiv corpulență grea/ușoară și persoane înalte/mici. Odată ce necesarul de calorii a fost estimat, am calculat cât de mult ar putea produce geoponia alimentară, hidroponia și tehnicile de agricultură aeroponică pe an pe kilometru pătrat.”
Comparând aceste cifre cu tehnicile agricole convenționale și moderne, ei au putut prezice cantitatea de teren artificial care ar trebui alocată agriculturii în interiorul vasului. Apoi și-au bazat calculele generale pe un șurub relativ mare (500 de persoane) și au obținut o cifră generală. După cum a explicat dr. Marin:
„Am descoperit că, pentru un echipaj eterogen de, de exemplu, 500 de oameni care trăiesc cu o dietă omnivoră, echilibrată, 0,45 km² [0,17 mi²] de teren artificial ar fi suficient pentru a cultiva toată hrana necesară folosind o combinație de aeroponică (pentru fructe). , legume, amidon, zahăr și ulei) și agricultura convențională (pentru carne, pește, lactate și miere).
Aceste valori oferă, de asemenea, unele constrângeri arhitecturale pentru dimensiunea minimă a navei de generație în sine. Presupunând că nava a fost proiectată pentru a genera gravitație artificială prin forță centripetă (adică un cilindru rotativ), ar trebui să aibă o rază de minim 224 de metri (735 de picioare) și 320 de metri (1050 de picioare) în lungime.
Un concept pentru o navă cu mai multe generații, proiectat de echipa TU Delft Starship (DSTART), cu sprijinul ESA. Credit și drepturi de autor: Nils Faber și Angelo Vermeulen
„Desigur, sunt necesare și alte facilități în afară de agricultură – locuințe umane, camere de control, generare de energie, masă de reacție și motoare, care fac nava spațială de cel puțin două ori mai mare”, a adăugat dr. Marin. „Interesant, chiar dacă dublăm lungimea navei spațiale, găsim o structură care este încă mai mică decât cea mai înaltă clădire din lume – Burj Khalifa (828 m; 2716,5 ft).”
Pentru pasionații de explorare a spațiului interstelar și planificatorii de misiuni, acest ultim studiu (și altele din serie) sunt extrem de semnificative, deoarece oferă o imagine din ce în ce mai clară a cum ar arăta arhitectura misiunii unei nave generaționale. Dincolo de propunerile teoretice despre ceea ce ar fi implicat, aceste studii oferă cifre reale cu care oamenii de știință ar putea să lucreze într-o zi.
Și, după cum a explicat dr. Marin, face, de asemenea, un proiect atât de grandios (care pare descurajant pe față) să pară mult mai fezabil:
„Această lucrare ne oferă o perspectivă asupra posibilității reale de a crea nave de generație. Suntem deja capabili să construim structuri atât de mari pe Pământ. Acum am cuantificat cu precizie cât de mare ar trebui să fie suprafața dedicată agriculturii în navele generației, astfel încât populația să se poată hrăni în timpul călătoriilor de secole.”
Potrivit lui Marin, singura problemă rămasă care trebuie explorată este apa. Orice misiune care implică un echipaj mare care petrece mai mult de câteva secole în spațiul interstelar va avea nevoie de multă apă pentru băut, irigare și canalizare. Și nu este suficient să te bazezi pur și simplu pe metode de reciclare pentru a asigura o aprovizionare constantă.
Încadrat de stele reflectate în apă, un caiac se lasă pe spate pentru a admira măreția cerului nopții. Fotografia apare în noua mea carte în capitolul intitulat „Stele pe apă”. Credit: Bob King
Acesta, indică Marin, va fi subiectul următorului lor studiu. „În spațiul profund (departe de planete, luni sau asteroizi mari), apa poate fi foarte dificil de colectat”, a spus el. „Atunci resursele de la bord ar putea suferi din cauza lipsei de apă. Trebuie să ne dedicăm investigațiile viitoare pentru a rezolva această problemă.”
Ca și în cazul majorității lucrurilor referitoare la explorarea spațiului profund sau la colonizarea altor lumi, răspunsul la întrebarea invariabilă („se poate face?”) este aproape întotdeauna același – „Cât ești dispus să cheltuiești?” Nu există nicio îndoială că o misiune interstelară, indiferent de forma pe care ar putea-o lua, ar necesita un angajament masiv în termeni de timp, energie și resurse.
De asemenea, ar necesita ca oamenii să fie dispuși să-și riște viața, așa că doar oamenii aventuroși ar putea aplica. Dar, poate, mai presus de toate, ar avea nevoie de voința de a trece. Cu excepția urgenței sau a necesității extreme (adică planeta Pământ este condamnată), este greu de imaginat că toți acești factori se unesc împreună.
Cu toate acestea, a ști exact cât ne va costa în termeni de bani, resurse și timp pentru a monta un astfel de proiect este un prim pas foarte bun. Numai atunci umanitatea poate decide dacă este dispusă să-și asume angajamentul.
Lectură suplimentară: arXiv