Jak velká by musela být generační loď, aby udržela naživu 500člennou posádku na cestu k jiné hvězdě?
Neexistují dva způsoby, vesmír je extrémně velké místo! A díky omezením, která na nás uvalila Speciální teorie relativity, může cestování i do nejbližších hvězdných systémů trvat tisíciletí. Jak jsme řešili v a předchozí článek , odhadovaná doba cesty do nejbližšího hvězdného systému (Alpha Centauri) by při použití konvenčních metod mohla trvat od 19 000 do 81 000 let.
Z tohoto důvodu mnoho teoretiků doporučovalo, aby se lidstvo spoléhalo na generační lodě při šíření semene lidstva mezi hvězdy. Takový projekt samozřejmě představuje mnoho výzev, v neposlední řadě to, jak velká by vesmírná loď musela být, aby udržela vícegenerační posádku. V nové studium , se tým mezinárodních vědců zabýval právě touto otázkou a rozhodl, že bude potřeba hodně vnitřního prostoru!
Studie, která nedávno se objevil online , vedl Dr. Frederic Marin z Astronomická observatoř ve Štrasburku a Dr. Camille Beluffi, částicová fyzika s vědeckým start-upem Casc4de . K nim se připojil Dr. Rhys Taylor z The Astronomický ústav Akademie věd ČR a Dr. Loic Grau ze stavební firmy Morfosense .
Jejich studie je nejnovější ze série, kterou provedli Dr. Marin a Dr. Beluffi a která se zabývá problematikou vyslání vícegenerační kosmické lodi do jiného hvězdného systému. V předchozí studii řešili jak velká by musela být posádka jedné generace lodi aby se ve zdraví dostali do cíle.
Udělali to pomocí na zakázku vyrobeného softwaru s numerickým kódem vyvinutého samotným Dr. Marinem, který je známý jako HERITAGE. V předchozím rozhovoru s Dr. Marinem popsal HERITAGE jako „stochastický kód Monte Carlo, který odpovídá za všechny možné výsledky vesmírných simulací testováním každého náhodného scénáře pro plození, život a smrt.“
Ze své analýzy určili, že k uskutečnění vícegenerační mise do jiného hvězdného systému bude zapotřebí minimálně 98 lidí bez rizika genetických poruch a dalších negativních účinků spojených se sňatky. Pro tuto studii se tým zabýval neméně důležitou otázkou, jak nakrmit posádku.
Vzhledem k tomu, že zásoby sušeného jídla by nebyly schůdnou možností, protože by se během staletí, kdy loď byla v tranzitu, zhoršovaly a rozkládaly, loď a posádka by museli být vybaveni, aby si mohli vypěstovat vlastní jídlo. To vyvolává otázku, kolik prostoru by bylo potřeba k produkci dostatečného množství plodin, aby byla nasycena velká posádka?
S hmotností 60 000 tun při plném palivu by Daedalus překonal dokonce i raketu Saturn V. Kredit: Adrian Mann
Pokud jde o cestování vesmírem, hlavním problémem je velikost kosmické lodi. Jak Dr. Marin vysvětlil Universe Today prostřednictvím e-mailu:
„Čím je satelit těžší, tím dražší je jeho vypuštění do vesmíru. Čím větší/těžší vesmírná loď, tím složitější a dražší bude pohonný systém. Ve skutečnosti bude velikost vesmírné lodi omezovat mnoho parametrů. V případě generační lodi množství jídla, které dokážeme vyrobit, přímo souvisí s povrchem uvnitř lodi. Tato oblast zase souvisí s velikostí populace na palubě. Velikost, produkce potravin a populace jsou ve skutečnosti vnitřně propojeny.“
Abychom odpověděli na tuto důležitou otázku – „jak velká musí být loď? – tým spoléhal na aktualizovanou verzi softwaru HERITAGE. Jak uvádějí ve své studii, tato verze „počítá s biologickými charakteristikami závislými na věku, jako je výška a hmotnost, a rysy související s různým počtem kolonistů, jako je neplodnost, těhotenství a míra potratů“.
Kromě toho tým také vzal v úvahu kalorické potřeby posádky, aby vypočítal, kolik jídla by bylo potřeba vyrobit za rok. Aby toho dosáhl, tým zahrnul do svých simulací antropomorfní data, aby určil, kolik kalorií by bylo spotřebováno na základě věku, hmotnosti, výšky, úrovně aktivity a dalších lékařských údajů.
Koncept Project Orion pro kosmickou loď s jaderným pohonem. Kredit: silodrome.co
'Za použití Harris-Benedictova rovnice abychom odhadli bazální metabolismus jednotlivce, vyhodnotili jsme, kolik kilokalorií musí denně sníst na osobu, aby si udržela ideální tělesnou hmotnost. Postarali jsme se o to, abychom zahrnuli variace hmotnosti a výšky, abychom zohlednili realistickou populaci, včetně těžké/lehké korpulence a vysokých/malých lidí. Jakmile byla odhadnuta kalorická potřeba, spočítali jsme, kolik potravin geoponie, hydroponie a aeroponické zemědělské techniky mohou vyprodukovat za rok na kilometr čtvereční.“
Porovnáním těchto čísel s konvenčními a moderními zemědělskými technikami byli schopni předpovědět množství umělé půdy, která by musela být přidělena k hospodaření uvnitř plavidla. Své celkové výpočty pak založili na poměrně velkém šroubu (500 lidí) a odvodili celkový údaj. Jak vysvětlil Dr. Marin:
„Zjistili jsme, že pro heterogenní posádku, např. 500 lidí žijících na všežravé, vyvážené stravě, by stačilo 0,45 km² [0,17 mi²] umělé půdy k vypěstování všech potřebných potravin pomocí kombinace aeroponie (u ovoce , zelenina, škrob, cukr a olej) a konvenční zemědělství (maso, ryby, mléčné výrobky a med).
Tyto hodnoty také poskytují určitá architektonická omezení pro minimální velikost samotné generační lodi. Za předpokladu, že loď byla navržena tak, aby generovala umělou gravitaci pomocí dostředivé síly (tj. rotujícího válce), musela by mít poloměr minimálně 224 metrů (735 stop) a 320 metrů (1050 stop) na délku.
Koncept pro vícegenerační loď navržený týmem TU Delft Starship Team (DSTART) s podporou ESA. Kredit a autorská práva: Nils Faber & Angelo Vermeulen
'Samozřejmě jsou nezbytná další zařízení kromě zemědělství - lidské obydlí, velíny, výroba energie, reakční hmota a motory, díky nimž je vesmírná loď nejméně dvakrát větší,' dodal Dr. Marin. 'Zajímavé je, že i když zdvojnásobíme délku vesmírné lodi, najdeme konstrukci, která je stále menší než nejvyšší budova na světě – Burdž Chalífa (828 m; 2716,5 stop).
Pro milovníky mezihvězdného průzkumu vesmíru a plánovačů misí je tato nejnovější studie (a další v sérii) velmi významná v tom, že poskytuje stále jasnější obrázek o tom, jak by vypadala architektura mise generační lodi. Kromě pouhých teoretických návrhů toho, co by se to týkalo, tyto studie poskytují skutečná čísla, se kterými vědci možná budou moci jednoho dne pracovat.
A jak vysvětlil Dr. Marin, také to dělá tak grandiózní projekt (který se na první pohled zdá skličující) mnohem schůdnějším:
„Tato práce nám dává náhled na skutečnou možnost vytvořit generační lodě. Na Zemi jsme již schopni postavit tak velké stavby. Nyní jsme s přesností vyčíslili, jak velká by měla být plocha určená pro farmaření v generačních lodích, aby se populace mohla nasytit během staletí dlouhých cest.“
Podle Marina je jediným zbývajícím problémem, který je třeba prozkoumat, voda. Jakákoli mise zahrnující velkou posádku, která tráví více než několik století v mezihvězdném prostoru, bude potřebovat spoustu vody na pití, zavlažování a hygienu. A nestačí spoléhat se pouze na recyklační metody k zajištění stálých dodávek.
Kajakář, orámovaný hvězdami odrážejícími se ve vodě, se naklání, aby si všiml majestátnosti noční oblohy. Fotografie se objeví v mé nové knize v kapitole s názvem „Hvězdy na vodě“. Kredit: Bob King
To, jak Marin naznačuje, bude předmětem jejich příští studie. 'V hlubokém vesmíru (daleko od planet, měsíců nebo velkých asteroidů) může být velmi obtížné sbírat vodu,' řekl. 'Pak by zdroje na palubě mohly trpět nedostatkem vody.' Musíme věnovat naše budoucí vyšetřování řešení tohoto problému.'
Stejně jako u většiny věcí týkajících se průzkumu hlubokého vesmíru nebo kolonizace jiných světů je odpověď na neměnnou otázku („dá se to udělat?“) téměř vždy stejná – „Kolik jste ochotni utratit?“ Není pochyb o tom, že mezihvězdná mise, bez ohledu na to, jakou by mohla mít formu, by vyžadovala masivní nasazení z hlediska času, energie a zdrojů.
Vyžadovalo by to také, aby lidé byli ochotni riskovat své životy, takže by se hlásili pouze dobrodružní lidé. Ale možná ze všeho nejvíc by to chtělo vůli to prokouknout. S výjimkou naléhavosti nebo extrémní nutnosti (tj. planeta Země je odsouzena k záhubě) je těžké si představit, že se všechny tyto faktory spojí.
Vědět přesně, kolik nás to bude stát z hlediska peněz, zdrojů a času, aby takový projekt namontoval, je velmi dobrý první krok. Teprve potom se lidstvo může rozhodnout, zda je ochotno závazek přijmout.
Další čtení: arXiv