Con la tecnología actual de la humanidad, ¿puede volar a un año luz de distancia?

¡De todas las armas del mundo, sólo las rápidas son indestructibles! Los chinos hemos entendido esta verdad hace mucho tiempo. Lo que los científicos aeroespaciales persiguen desesperadamente es la velocidad, desde el avión de los hermanos Wright que despegó hasta el primer cohete líquido de Goddard y luego hasta el primer satélite artificial, la velocidad es constante. mejorando!

Los vuelos espaciales tripulados se llevan realizando desde hace más de medio siglo. Después de tanto tiempo, ¿cuánto tiempo se tarda en volar a un año luz de distancia con la tecnología actual?

¿Cuánto tarda el cohete más rápido en recorrer un año luz?

En términos de tecnología humana, un año luz todavía está un poco lejos, porque esta es la distancia que recorre la luz en un año. La velocidad de la luz es de 299792458 m/s. Calculada en base a 365,25 días. Año juliano, la distancia de años luz es 9460730472580800 metros ¿Qué tan grande es esta distancia?

El cinturón de Kuiper en el borde del sistema solar tiene entre 40 y 50 unidades astronómicas. El detector humano más rápido tarda 9 años y medio en llegar a Plutón, y solo tarda entre 5,53 y 6,92 horas. luz para llegar al borde del sistema solar De las Voyager 1 y 2 lanzadas en 1977, la Voyager 1 fue la que voló más lejos. Después de 43 años de vuelo, ¡se encuentra ahora a unas 152 unidades astronómicas de la Tierra!

Esta distancia se puede alcanzar con la luz en unas 21 horas, ¡pero el viajero en realidad viajó 43,3 años a paso de tortuga! Entonces, ¿cuánto tiempo dura un año luz? Simplemente calculamos la distancia en línea recta, porque New Horizons y Voyager de la NASA tienen órbitas espirales cuando salen del sistema solar, ¡pero la diferencia no es tan grande si salen un año luz!

¿Cuál es la velocidad del viajero?

Cuando el viajero abandona la velocidad de la Tierra, su velocidad relativa al Sol es de unos 36 kilómetros/segundo (la órbita de la Tierra es de 30 kilómetros/segundo, el cohete Centauro es de unos 6 kilómetros/segundo), pero viaja cada vez más lejos en el sistema solar. La velocidad hacia afuera será más lenta, y cuando alcance la órbita de Júpiter, solo será de 10 kilómetros por segundo. Sin embargo, después de ser acelerado por la honda gravitacional de Júpiter, la velocidad aumentará. a 18 kilómetros por segundo. Cuando llegue a Saturno, la velocidad seguirá disminuyendo, pero la gravedad de Saturno aumentará su velocidad y seguirá volando hacia el sistema solar exterior a unos 30 kilómetros por segundo.

Pero la velocidad disminuye a medida que avanza hacia afuera. Cuando alcanza una distancia de aproximadamente 152 unidades astronómicas del sol, su velocidad ha disminuido a 16,9 kilómetros/segundo. Esta velocidad puede confundirse fácilmente con la fuga. velocidad del sistema solar, así que preste atención, esta no es la velocidad de escape del sistema solar, porque la velocidad de escape es diferente a diferentes distancias del sol.

Entonces podemos calcular el tiempo. Un año luz tarda unos 17.751,3488 años, lo que significa que el viajero tarda 17.700 años en volar un año luz, mientras que New Horizons está a sólo 14,52 kilómetros/km en relación con él. segundo, es más lento que la Voyager 1. La Voyager 2 mide aproximadamente 15,2 kilómetros por segundo, por lo que el avión humano más rápido tardaría 17.700 años en volar a lo largo de 1 año luz.

¿Por qué tarda tanto? ¿No hay una velocidad más rápida?

¡Aún existen métodos, pero son más difíciles! Para entender por qué es así, primero debemos comprender la tecnología de cohetes. La tecnología de cohetes moderna nació del primer cohete líquido probado por Goddard en 1926. No hay cambios estructurales importantes. Todos son combustible y oxidante. ¡cámara!

Lo único que ha cambiado es la incorporación de turbinas y varios ciclos de gas, por lo que se ha mejorado mucho el impulso específico. Aquí hay que mencionar el concepto de impulso específico: el propulsor producido por unidad de peso del. Impulso del motor de cohete, entendido simplemente, significa que cuanto mayor sea el impulso específico, mayor será la tasa de utilización del combustible del cohete. Dos cohetes con el mismo combustible, estructura y peso que se lanzan al mismo tiempo volarán con un impulso específico más alto cuando todos. ¡El combustible se quema más rápido!

Por ejemplo, los cohetes con dimetilhidrazina y tetróxido de dinitrógeno tienen un impulso específico de aproximadamente 260 (como el Long March 3A YF-21C), y el oxígeno líquido y el queroseno pueden alcanzar más de 300 (RD180 puede hacer esto). 311), la máquina de hidrógeno y oxígeno puede llegar a más de 400. Por supuesto, no solo está relacionado con el combustible, sino también con el ciclo del generador de gas. Además, los materiales están relacionados con la boquilla, la turbina, etc. ¡Pero lo más importante es que el combustible es demasiado diferente!

La etapa propulsora del vehículo de lanzamiento Soyuz utiliza cuatro motores RD-107.

Es muy simple. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de escape y la tasa de utilización de combustible también lo es. Cuanto más alto es, ¿hay más motor NB? ¡Por supuesto!

Motor cohete de propulsión eléctrica de iones

Desde la perspectiva de la composición del combustible, es muy difícil aumentar significativamente la relación de energía, por lo que también es posible aumentar la velocidad de escape. La propulsión consiste en reducir los gases de escape. ¡La velocidad del aire aumenta de miles de metros por segundo a cientos de kilómetros o incluso miles de kilómetros por segundo! De esta manera, no solo la tasa de utilización de combustible es extremadamente alta, sino que también se puede reducir considerablemente el combustible para lograr el mismo propósito, lo que en sí mismo reduce la carga sobre el motor y la velocidad final puede ser mayor.

Pero hay un problema con el empujador eléctrico de iones. Aunque el impulso específico es extremadamente alto, que puede alcanzar 2000-3000, y el empujador eléctrico Hall también puede estar por encima de 1000, su empuje sigue siendo demasiado pequeño. Todavía no es fácil fabricar propulsores al nivel de Newton. Por ejemplo, el NASA-457M tiene una potencia de 50 kw y un empuje de casi 3 N. El propulsor eléctrico Hall más grande de Estados Unidos tiene una potencia de 102 kw y un empuje de 5,4. NORTE.

Este empuje no supone ningún problema cuando se utiliza en la exploración del espacio profundo, pero es imposible empujar la nave espacial desde la Tierra a la órbita terrestre baja, por lo que sigue siendo necesario utilizar cohetes químicos convencionales para enviarla primero. Luego se enciende el motor de propulsión eléctrica, pero no puede viajar muy lejos, porque 102 kw de electricidad requieren energía solar, suficiente para moverse en la órbita de Saturno, y se necesita un reactor nuclear espacial. para salir!

Además del propulsor eléctrico, también existen velas solares, que utilizan el poder de la presión de la luz y del viento solar. Esto es un poco exagerado, porque la presión de la luz es extremadamente pequeña y requiere un área muy grande para ser utilizada. Obtenga suficiente impulso. En términos generales, esto El autor no es optimista sobre este asunto de alto perfil.

Luego está el futuro reactor de fusión nuclear, que puede acelerar a 1-10 la velocidad de la luz, por lo que la distancia de un año luz es sólo de 10 a 100 años. Todavía hay alguna esperanza. Si se trata de un motor warp, se dice que el más rápido es 199.516 veces la velocidad de la luz y solo tarda 160 segundos en cruzar un año luz.