Det finns inga två vägar om det, universum är en extremt stor plats! Och tack vare de begränsningar som Special Relativity har lagt oss, kan resa till även de närmaste stjärnsystemen ta millennier. Som vi behandlade i en tidigare artikel kan den beräknade restiden till närmaste stjärnsystem (Alpha Centauri) ta allt från 19 000 till 81 000 år med konventionella metoder.
Av denna anledning har många teoretiker rekommenderat att mänskligheten skulle göra det
Studien, som nyligen dök upp på nätet, leddes av Dr. Frederic Marin från Astronomiska observatoriet i Strasbourg och Dr. Camille Beluffi, en partikelfysiker med den vetenskapliga starten Casc4de. De förenades av Dr. Rhys Taylor från Astronomiska institutet i Tjeckiska vetenskapsakademin och Dr. Loic Grau från byggteknikföretaget Morphosense.
Deras studie är den senaste i en serie som utförts av Dr. Marin och Dr. Beluffi som tar upp utmaningarna med att skicka ett multinationellt rymdskepp till ett annat stjärnsystem. I en tidigare studie behandlade de hur stor generationens skeppsbesättning skulle behöva för att komma till deras destination vid god hälsa.
De gjorde detta med specialanpassad numerisk kodprogramvara utvecklad av Dr. Marin själv känd som HERITAGE. I en tidigare intervju med Dr. Marin beskrev han HERITAGE som "en stokastisk Monte Carlo-kod som redogör för alla möjliga resultat av rymdsimuleringar genom att testa varje slumpmässigt scenario för förplantning, liv och död."
Från sin analys bestämde de att minst 98 personer skulle behövas för att utföra ett multinationellt uppdrag till ett annat stjärnsystem, utan risker för genetiska störningar och andra negativa effekter som är förknippade med att gifta sig. För denna studie behandlade teamet den lika viktiga frågan om hur man ska mata besättningen.
Med tanke på att torkade livsmedelslager inte skulle vara ett genomförbart alternativ, eftersom de skulle försämras och försvinna under århundradena då fartyget var i transitering, skulle fartyget och besättningen vara utrustade för att odla sin egen mat. Detta ställer frågan, hur mycket utrymme skulle behövas för att producera tillräckligt med grödor för att få en stor besättning matad?
När det gäller rymdfärden är storleken på rymdskeppet en viktig fråga. Som Dr. Marin förklarade till Space Magazine via e-post:
”Ju tyngre satellit, desto dyrare är det att lansera den ut i rymden. Sedan, desto större / tyngre rymdskeppet, desto mer komplicerat och resurskostsamt blir framdrivningssystemet. Faktum är att rymdskeppets storlek begränsar många parametrar. När det gäller ett generationsfartyg är mängden mat vi kan producera direkt relaterad till ytan i fartyget. Detta område är i sin tur relaterat till befolkningsstorleken ombord. Storlek, livsmedelsproduktion och befolkning är i själva verket ihopkopplade. ”
För att ta itu med denna viktiga fråga - "hur stort måste fartyget vara?" - teamet förlitade sig på en uppdaterad version av HERITAGE-programvaran. Som de säger i sin studie, redovisar denna version "åldersberoende biologiska egenskaper såsom höjd och vikt, och funktioner relaterade till det varierande antalet kolonister, såsom infertilitet, graviditet och missfallshastighet."
Utöver detta tog teamet också hänsyn till besättningens kaloribehov för att beräkna hur mycket mat som skulle behöva produceras per år. För att uppnå detta inkluderade teamet antropomorfa data i sina simuleringar för att bestämma hur mycket kalorier som skulle konsumeras baserat på en passagerares ålder, vikt, höjd, aktivitetsnivåer och annan medicinsk information.
”Med hjälp av Harris-Benedict-ekvationen för att uppskatta en individs basala metabolism, utvärderade vi hur många kilo-kalorier som måste ätas per dag per person för att bibehålla en perfekt kroppsvikt. Vi tog hand om att inkludera vikt- och höjdvariationer för att redovisa en realistisk befolkning, inklusive tung / lätt korpulens och långa / små människor. När kalorikravet beräknades beräknade vi hur mycket matgeoponik, hydroponics och aeroponics jordbrukstekniker kunde producera per år per kilometer kvadrat. ”
Genom att jämföra dessa siffror med konventionella och moderna jordbrukstekniker kan vi förutsäga mängden konstgjord mark som måste tilldelas jordbruk inuti fartyget. De baserade sedan sina totala beräkningar på en relativt stor skruv (500 personer) och härledde en övergripande siffra. Marin förklarade:
”Vi fann att för en heterogen besättning på t.ex. 500 människor som lever på en allätande, balanserad kost, skulle 0,45 km² [0,17 mi²] konstgjord mark räcka för att odla all nödvändig mat med en kombination av aeroponics (för frukt) , grönsaker, stärkelse, socker och olja) och konventionellt jordbruk (för kött, fisk, mejeri och honung). ”
Dessa värden ger också vissa arkitektoniska begränsningar för minsta storlek på själva generationsfartyget. Förutsatt att fartyget var utformat för att generera konstgjord tyngdkraft genom centripetalkraft (dvs en roterande cylinder) skulle det behöva vara minst 224 meter (735 fot) i radie och 320 meter (1050 fot) i längd.
"Naturligtvis är andra anläggningar förutom jordbruk nödvändiga - mänsklig bebyggelse, kontrollrum, kraftproduktion, reaktionsmassa och motorer, som gör rymdskeppet åtminstone två gånger större," tillade Dr. Marin. "Intressant nog, även om vi fördubblar rymdskeppets längd, hittar vi en struktur som fortfarande är mindre än världens högsta byggnad - Burj Khalifa (828 m; 2716,5 ft)."
För aficionados av interstellar rymdutforskning och uppdragsplanerare är denna senaste studie (och andra i serien) mycket betydande, eftersom de ger en allt tydligare bild av hur uppdragsarkitekturen för ett generationsfartyg skulle se ut. Utöver bara teoretiska förslag om vad som skulle vara involverade, ger dessa studier faktiska antal som forskare kanske kan arbeta med en dag.
Och som Dr. Marin förklarade gör det också att ett sådant grandios projekt (som verkar skrämmande i ansiktet) verkar så mycket mer genomförbart:
”Detta arbete ger oss en inblick i den verkliga möjligheten att skapa generationsfartyg. Vi kan redan bygga så stora strukturer på jorden. Vi har nu kvantifierat med stor precision hur stor den yta som ska ägnas åt jordbruk i generationsfartyg så att befolkningen kan livnära sig under århundraden långa resor. ”
Enligt Marin är den enda återstående frågan som behöver utforskas vatten. Varje uppdrag som involverar en stor besättning som tillbringar några århundraden i interstellarutrymme kommer att behöva mycket vatten för att dricka, bevattning och sanitet. Och det räcker inte att helt enkelt lita på återvinningsmetoder för att säkerställa en stadig leverans.
Detta, antyder Marin, kommer att bli föremål för deras nästa studie. "På djupa rymden (långt borta från planeter, månar eller stora asteroider) kan vatten vara mycket svårt att samla in," sade han. ”Då kan resurserna ombord drabbas av bristen på vatten. Vi måste ägna våra framtida utredningar för att lösa denna fråga. ”
Som med de flesta saker som rör utforskning av djup rymden eller kolonisering av andra världar, är svaret på den oundvikliga frågan ("kan det göras?") Nästan alltid detsamma - "Hur mycket är du villig att spendera?" Det råder ingen tvekan om att ett interstellärt uppdrag, oavsett vilken form det kan ta, skulle kräva ett stort engagemang när det gäller tid, energi och resurser.
Det kräver också att människor är villiga att riskera sina liv, så att bara äventyrliga människor skulle ansöka. Men kanske mest av allt, det skulle behöva vilja att se det igenom. Uteslutande av brådskande eller extrem nödvändighet (dvs. planeten Jorden är dömd), det är svårt att föreställa sig att alla dessa faktorer samlas.
Att veta exakt hur mycket det kommer att kosta oss i form av pengar, resurser och tid att montera ett sådant projekt är ett mycket bra första steg. Först då kan mänskligheten bestämma om de är villiga att göra åtagandet.
