Je možná hvězdná budoucnost lidstva?  
Bude v budoucnu možné uskutečnění mezihvězdných letů? Je možné vyřešit problémy s obrovskými vzdálenostmi mezi hvězdami? Jaké zdroje energie k tomu lze využít? Lze zajistit životní podmínky pro tyto lety? To všechno jsou otázky, které každého napadnou zvláště po návštěvě nejnovějšího filmu zasazeného do prostředí cyklu Star Trek. Pokusme se alespoň nad některými z nich zamyslet.

 

 

Zvětšit obrázek
Dalekohled Kepler při přípravě ke startu v roce 2009 (zdroj NASA).

Je kam letět?

První otázkou je, jestli by v případě možnosti mezihvězdného cestování bylo kam letět a zda by takové lety měly smysl. V této oblasti se v posledních letech podařilo učinit obrovský pokrok. Nové exoplanety jsou objevovány jako na běžícím pásu a mezi nimi se stále častěji objevují i planety, které by mohly mít podmínky blízké podmínkám na Zemi. Jde hlavně o to, aby měly pevný povrch a gravitaci na povrchu, která nebude příliš odlišná od té na povrchu Země. Také se na nich musí vyskytovat voda v tekutém stavu a to je možné jen v případě, že je na nich vhodné rozmezí teplot. Musí se tedy vyskytovat v takových vzdálenostech od mateřské hvězdy, která tyto teploty zaručuje.


 Právě ocenění statistiky výskytu planet různých typů a mezi nimi i těch, které mají podmínky umožňující existenci života, byl hlavním úkolem vesmírného teleskopu Kepler.   Ten sledoval relativně malou, ale na hvězdy bohatou, oblast v souhvězdí Labutě. Přítomnost planety zjišťoval pomocí jemných poklesů jasnosti hvězd v době, kdy před jejich diskem přechází planeta. Čím větší je planeta a čím dále je od své hvězdy, tím je větší pokles jasnosti. V každém případě je však pokles velice malý, u planet blížících se rozměru Země pod desetiny až setiny procenta. Pro planety s rozměrem Jupitera může jít až o jednotky procent. Pokles trvá podle velikosti a tvaru dráhy planety od hodiny až několik dnů.

 

Zvětšit obrázek
Oblast hvězdné oblohy, na kterou byl zaměřen vesmírný dalekohled Kepler, se nacházela v oblasti Labutě (zdroj NASA).


Dalším problémem je, že pro potvrzení existence planety a určení jejich parametrů je potřeba pozorovat několik jejich přechodů před mateřskou hvězdou. Musí se potvrdit, že pokles má vždy stejný charakter a opakuje se se stejnou periodicitou. To by mohlo naznačovat, že je způsoben oběhem tělesa kolem mateřské hvězdy a ne jinými jevy. Daleko lépe se tak hledají planety, které jsou blízko hvězdy a mají krátké doby oběhu. Planety, které naopak mají dobu oběhu delší než rok, už nemůže Kepler, jehož plánovaná doba aktivní služby byla okolo třech let, potvrdit. Lze pak planetu v systému, u kterého bylo jedno nebo více pozorování poklesu jasnosti mateřské hvězdy provedeno Keplerem, potvrdit jinými přístroji. Výhodou vesmírného dalekohledu Kepler je, že jeho pozorování není rušeno extinkcí vytvářenou zemskou atmosférou. Toto „mihotání“ hvězd způsobené nehomogenitami v atmosféře na dráze světla z hvězdy k dalekohledu ztěžuje pozorování malých poklesů intenzity světla. Zároveň je Kepler dalekohledem specializovaným čistě na pozorování exoplanet pomocí jejich přechodů před mateřskou hvězdou a jeho umístění ve vesmíru umožňuje nepřetržité celoroční pozorování sledovaných hvězd bez přestávky 24 hodin. To není možné pomocí jednoho pozemského dalekohledu.   


Je jasné, že je třeba odlišit jiné zdroje změn jasnosti hvězdy a také vliv jiných jevů (oblaka plynu či prachu, slabě zářící hvězdy s malou hmotností a podobně). A to nelze úplně bez pozorování několika poklesů jasnosti. Velká část pozorování tak pochopitelně bude prozatím bez spolehlivého potvrzení. I tak by však měla umožnit splnit hlavní úkol projektu. Tím je zjištění statistiky přítomnosti planet u hvězd a hlavně posunu našich znalostí o přítomnosti planet k planetám menších rozměrů, tedy srovnatelných s velikostí Země a nacházejících se v takových vzdálenostech od hvězdy, aby byly v obyvatelné zóně. Což znamená, ve vzdálenostech větších a s oběžnými dobami delšími než u téměř všech exoplanet známých do vypuštění Keplerova dalekohledu.


Aby mohl Kepler splnit svůj úkol, muselo jít o přístroj s relativně velkým průměrem (1,4 m) a velmi velkým zorným polem. Jeho velikost je zhruba 12 obloukových stupňů a umožňuje současné pozorování a určování fotometrické jasnosti zhruba 100 000 hvězd. Hledání planet by mělo být možné u hvězd do vzdálenosti okolo 3 000 světelných let. Problémem při hledání planet pomocí přechodu před mateřskou hvězdou je, že jejich dráha musí být vůči Slunci správně orientována. A například u planet s podobnou velikostí a charakterem dráhy Země je pravděpodobnost takto vhodné geometrie menší než 1 %. U planet velikosti Jupitera a na drahách blíže ke hvězdě může být tato pravděpodobnost mezi 1 až 10 %. Pro velké planety na blízkých drahách k mateřské hvězdě tak Kepler nevidí 90 % existujících případů, ale pro planety typu Země v podobných vzdálenostech od mateřské hvězdy více než 99 % existujících. Jejich nalezení tak je mnohem a mnohem náročnější.

 

Zvětšit obrázek
Srovnání Sluneční soustavy a planetárního systému Kepler 62 se dvěma planetami jen o trochu většími než Země v obyvatelné zóně okolo mateřské hvězdy (zdroj NASA).

Katalog exoplanet  obsahuje v současnosti (červenec 2013) 919 planet v 708 planetárních systémech. Mezi nimi je 132 potvrzených exoplanet z Keplera. Navíc tento dalekohled našel 2700 potenciálních kandidátů na exoplanety. Kepler pozoruje zmíněných 100 000 hvězd. Pokud se mu tedy podařilo zatím objevit téměř 3 000 potenciálních hvězd s planetou, znamená to se započtením i těch, které mají nevhodně natočenou dráhu svých planet, že skoro každá hvězda má planetu.


Dalekohled Kepler fungoval předpokládanou dobu překračující tři roky a v nedávné době musel s hledáním exoplanet kvůli poruše druhého gyroskopu skončit. I když, ještě není úplně ztracen. Právě v této době se pokouší NASA o opravu jednoho poškozeného gyroskopu a obnovení provozu Keplera. Je také třeba poznamenat, že je zatím zpracována pouze polovina získaných dat a tak lze očekávat potvrzení dalšího počtu z potenciálních exoplanet i nalezení nových kandidátů. Lze tak očekávat, že splní svůj hlavní cíl, který spočívá v tom, že poskytne statistická data o výskytu planet a to i v závislosti na jejich velikosti a dalších parametrech, jak planety, tak i mateřské hvězdy. První výsledky ukazují, že důvodem, proč většina exoplanet, které jsme zatím objevili, jsou velké a v blízkosti mateřské hvězdy, je výběrový efekt. Je dán tím, že se pozorují nejsnadněji. Ve skutečnosti je menších planet velikosti Země daleko více. Zároveň se ukázalo, že planetární systém je velice běžný a planet je v Galaxii obrovské množství.


Uveďme si několik konkrétních dat z Keplera. V dubnu letošního roku byly publikovány výsledky studia dvou velice zajímavých exoplanetárních soustav. Systém Kepler 62 je okolo hvězdy, která je menší a chladnější než Slunce. Její svítivost je pouze pětina svítivosti Slunce. Nalezeno u ní bylo pět planet, z nichž dvě leží v obyvatelné zóně. Jedna je o 40 % a druhá o 60 % větší než Země. Jde o nejmenší planety v obyvatelné zóně, které do té doby Kepler objevil. Druhá soustava je u hvězdy, která je velmi podobná Slunci. Jedna ze dvou jejich nalezených planet se nachází v obyvatelné zóně a je jen o 70 % větší než Země. Jde o zatím nejmenší planetu objevenou v obyvatelné zóně hvězdy slunečního typu.

 

Zvětšit obrázek
Srovnání rozměrů planet objevených Keplerem, které se velikostí blíží Zemi a jsou v obyvatelné zóně své mateřské hvězdy. Zleva doprava Kepler-22b, Kepler-69c, Kepler-62e, Kepler-62f a Země. Kromě Země je vzhled planety pouze uměleckou fantazií. (Zdroj NASA).


Z hlediska statistických analýz může pro nás být nejzajímavější analýza přítomnosti planet typu superzemě v obyvatelných zónách červených trpaslíků. To jsou nejčastěji se vyskytující hvězdy v Galaxii i v okolí Slunce. V analýze založené na datech z Keplera, kterou publikovali  C. D. Dressing a D. Charbonneau,  bylo nalezeno 3897 červených trpaslíků s teplotou nižší než 4000 K. Mezi nimi bylo 64 trpaslíků s náznaky existence exoplanet, u kterých bylo zjištěno celkově 95 kandidátů na exoplanety. Z průběhu transitů v těchto případech odhadli autoři rozměr a oběžnou dobu kandidátů na exoplanety. Potom přepočítali pozorování pomocí pravděpodobnosti existence vhodné geometrie pro pozorování transitů a zjistili celkovou pravděpodobnost výskytu daného typu planet u červených trpaslíků. Určili, že planety s rozměrem 0,5 až 4 rozměry Země s periodou oběhu kratší než 50 dní se u červených trpaslíků vyskytují v počtu 0,86 takové planety na jednoho trpaslíka. U hvězd s rozměry Země (0,5 až 1,4 jejího poloměru) je tento počet 0,47 planety na trpaslíka. V daném souboru se podařilo najít dvě planety s rozměrem blízkým Zemi v obyvatelné zóně mateřské hvězdy. Z toho vyplývá, že výskyt takové exoplanety je u červeného trpaslíka mezi 3 až 12 % (v rámci jednoho sigma) s nejpravděpodobnější hodnotou 6 %. Velice pěkný český server o exoplanetách je zde

 

Zvětšit obrázek
Planetární systém u hvězdy GJ 667C z vícenásobného hvězdného systému, u kterého byly nalezeny tři planety v obyvatelné zóně (zdroj ESO).


Nejbližší hvězdy a pozorované planety

Kepler nám umožňuje získat první představu o statistice výskytu různých planet v Galaxii. Většina jím objevených planet je ve značných vzdálenostech stovek a tisíců světelných let od Slunce. Z hlediska možností budoucích mezihvězdných letů je však pro nás nejzajímavější nalezení planet do vzdálenosti řádově desítek světelných let a hlavně poznání jejich vlastností. A ocenění možností jejich využití jako cíle mezihvězdného letu a případně jako základnu pro další mezihvězdnou expanzi. Nejbližší hvězdy jsou ve vzdálenostech přes čtyři světelné roky. Do vzdálenosti 5 parsec, což odpovídá vzdálenosti 16,3 světelných let, je 55 hvězdných systémů (některé jsou násobné). V nich je 56 klasických hvězd na hlavní posloupnosti, z nich pak 46 červených trpaslíků, což je nejčastěji se vyskytující typ hvězdy. Dále je tam 15 hnědých trpaslíků, u nichž hmotnost nestačila k zapálení fúzních reakcí. A nakonec jsou zde 4 bílí trpaslíci, což jsou konečná stádia hvězd takového typu, jako je třeba i Slunce. Samotné Slunce je poměrně hmotná hvězda. Výskyt hvězd s takovou a větší hmotností je poměrně vzácný, takže do vzdálenosti zmíněných 16,3 světelných let jsou kromě Slunce jen tři: Alfa Kentaura A, Sirius A (Alfa Velkého psa) a Procyon A (Alfa Malého psa).


Do vzdálenosti 10 světelných let je pak pouze devět hvězdných systémů. U nich byl kandidát na exoplanetu nalezen zatím pouze u hvězdy Alfa Kentaura B. V širším okolí do 16,3 světelných let pak byl zatím nalezen náznak existence exoplanet dohromady pouze u šesti hvězd. I když v některých případech není identifikace zatím úplně jistá. V každém případě jde většinou o velké planety podobné Jupiteru. Nejbližší hvězda s náznaky existence exoplanety je zmíněná Alfa Kentaura B ve vzdálenosti zhruba 4,4 světelných let. V daném případě byly pozorovány náznaky existence planety, která má zhruba hmotnost Země, ale je mnohem blíže k mateřské hvězdě než Merkur od Slunce a její oběžná doba je 3,2 dne. Planeta byla pozorována metodou využívající pozorování změn radiálních rychlostí mateřské hvězdy měřených zařízením HARPS   (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher) umístěném na dalekohledu s průměrem 3,6 m organizace ESO na observatoři v La Silla (Čile). Pozorování provedla skupina astronomů a publikovala koncem minulého roku. Od té doby se objevila práce, která prováděla nové analýzy dat získaných pomocí spektrometru HARPS a předchozí objev zpochybňuje (Artie P. Hatzes). Je tak nutné další ověření tohoto objevu.


 

Zvětšit obrázek
Kepler 62 – východ hvězdy zpoza planety (zdroj NASA/Ames/JPL-Caltech).


Další planetou, u které byly pozorovány náznaky existence exoplanet, je epsilon Eridani ve vzdálenosti 10,5 světelných let. Zde byla různými metodami, pomocí studia radiálních rychlostí s využitím HARPS a astrometrie (výkyvech v pohybu mateřské hvězdy) pomocí Hubblova teleskopu nalezena planeta velikosti Jupitera. Problém je, že mateřská hvězda je velmi aktivní a navíc je v soustavě rozsáhlý prachoplynný disk, který může existenci planety simulovat. Zmíněná planeta je tak pořád zpochybňována a její přítomnost nejistá. Existence další exoplanety v tomto systému byla dedukována z chování prachoplynného disku. I ta je však zpochybňována.   

 

Koncem roku 2012 byl také publikován objev pěti exoplanet u hvězdy tau Ceti. I v tomto případě byly náznaky existence planet vyloveny pomocí zařízení HARPS z analýzy změn radiálních rychlostí. Jde však o velmi malé změny a signál se loví z šumu. Jistá skepse je tedy na místě.


Gliese 674 je červený trpaslík ve vzdálenosti necelých 15 světelných let. Pomocí studia změn radiálních rychlostí mateřské hvězdy zde byla opět s využitím systému HARPS objevena planeta s oběžnou dobou 4,7 dne a velikosti zhruba Neptunu či Uranu. Dalším červeným trpaslíkem, u kterého byly nalezeny také exoplanety je Gliese 876 zhruba ve stejné vzdálenosti. V tomto případě byly postupně pomocí měření radiálních rychlostí a astrometrických měření objeveny čtyři planety, které jsou však všechny větší než Země a některé dosahují hmotností Jupitera. Dvě se pohybují v obyvatelné zóně, která je u této slabě zářící hvězdy zhruba ve vzdálenosti 0,1 až 0,2 astronomických jednotek (astronomická jednotka je zhruba vzdálenost Země od Slunce). Poslední červený trpaslík v diskutovaném prostoru s pozorováním existence exoplanety je Gliese 832 ve vzdálenosti 16,1 světelných let. Byla zde opět pomocí změn radiálních rychlostí indikována exoplaneta velikosti Jupitera s oběžnou dobou necelých deset let.


Je vidět, že zatím je objevených blízkých exoplanet relativně málo. Existence některých z nich je dosud nejistá a čeká se na jejich potvrzení. Všechny objevy byly učiněny pomocí spektrometrie, která pomohla sledovat změny radiálních rychlostí mateřské hvězdy nebo astrometrií, která studovala nepravidelnosti v pohybu mateřské hvězdy způsobené gravitačním vlivem planety. Nepozorování transitů je dáno malým celkovým počtem hvězd v tomto nejbližším okolí Slunce a malou pravděpodobností, že geometrie dráhy planety okolo hvězdy a její poloha vůči Slunci splňuje podmínky, aby se ze Země transity pozorovaly. To, že spolehlivě jsou pozorovány planety hlavně u červených trpaslíků je přirozené. V tom případě je hmotnost hvězdy nižší, planeta tak způsobuje svým gravitačním vlivem větší změny dráhy a radiálních rychlostí mateřské hvězdy a její pozorování je snadnější. 

 

 

 

Zvětšit obrázek
Planetární systém okolo červeného trpaslíka KOI-961. Planety jsou velice blízko své mateřské hvězdy, mnohem blíže než je její obyvatelná zóna. Obíhají kolem ní v řádu dnů. (Zdroj NASA/JPL-Caltech)


Na základě měření získaných spektrometrem HARPS byla také provedena statistická studie výskytu exoplanet u červených trpaslíků podobná té, která byla popsána v přehledu výsledků projektu Kepler. V tomto případě bylo pomocí spektrometru HARPS pozorováno 102 červených trpaslíků. Bylo u nich nalezeno 9 planet velikosti superzemě (do hmotnosti 10 Zemí) a dvě z nich byly v obyvatelné zóně okolo mateřské hvězdy. Po přepočtení na účinnost metody hledání to znamená, že by se zhruba u 40 % červených trpaslíků měla taková superzemě vyskytovat v obyvatelné zóně (rozmezí dané nejistotou je mezi 28 % až 95 %). Připomeňme, že analýzou dat z Keplera se pro pravděpodobnost výskytu exoplanety zemského typu (rozměr 0,5 až 1,4 Země) v obyvatelné zóně červeného trpaslíka dostala pravděpodobnost 6 % (rozmezí dané nejistotou je mezi 3 % až 12 %). Tyto údaje nemusí být v rozporu. Studie využívající měření spektrometru HARPS pokrývá daleko rozsáhlejší rozmezí hmotností planet. Navíc jsou oba odhady poznamenány značnými nejistotami.

 

Pokud si připomeneme, že do vzdálenosti 16,3 světelných let od Slunce je 46 červených trpaslíků, tak by nám vycházelo z předchozích odhadů, že by zhruba u tří z nich měly být planety velikosti Země v obyvatelné zóně okolo mateřské hvězdy a u 18 z nich planety velikosti superzemě. Nejistota těchto odhadů je značná, přesto naznačují, že kandidát na „obyvatelnou“ planetu by se v tomto blízkém okolí Slunce mohl vyskytovat. Je však třeba připomenout, že vhodná velikost planety a její přítomnost v zóně, kde by svit mateřské hvězdy umožňoval existenci atmosféry a tekoucí vody, ještě neznamená, že na ní budou opravdu podmínky vhodné pro život. Problémem může být právě to, že exoplaneta je u červeného trpaslíka. Jeho svítivost je jen pětinou svítivosti Slunce a obyvatelná zóna je tak mnohem blíž mateřské hvězdě, než je tomu u Slunce. Vzdálenost obyvatelné exoplanety od červeného trpaslíka tak musí být zhruba 5 až 10krát menší. Exoplaneta bude kvůli tomu mít vázanou rotaci, jako má například Měsíc, a bude k mateřské hvězdě natáčet stále stejnou stranu. Teploty mezi přivrácenou a odvrácenou stranou planety může vyrovnávat atmosféra, ale i tak to může být problémem třeba v podobě velmi silných větrů. Pomalá vázaná rotace může také způsobit, že bude příliš slabé magnetické pole planety. To pak nemusí být dostatečnou ochranou před kosmickým zářením z mateřské hvězdy. Větší planeta typu superzemě by však i při pomalejší rotaci mohla mít magnetické pole dostatečně intenzivní. Dalším problémem je, že červení trpaslíci jsou hlavně v prvních dvou miliardách let svého věku intenzivním zdrojem ultrafialového i rentgenovského záření, což by také život ohrožovalo. V pozdějším věku se v tomto směru situace radikálně zlepšuje.  Je tedy vidět, že exoplanet v blízkosti Slunce bude patrně relativně hodně, ale nalezení exoplanety, která bude reálně obyvatelná, je stále hodně otevřenou otázkou.

 

Zvětšit obrázek
Planeta Kepler-22b je exoplaneta, která je v obyvatelné zóně své hvězdy, její rozměr je 2,4 větší než je tomu u Země (zdroj NASA/Ames/JPL-Caltech).


Jak zajistit energii a pohon pro kosmické lodě?

Vypadá to, že potenciální cíle pro naše mezihvězdné lety by měly být i v bezprostředním, tedy z hlediska mezihvězdných vzdáleností, okolí Slunce. Podívejme se, jestli existují možnosti zajistit energii pro pohon mezihvězdné lodi a také pro zajištění životních podmínek při vesmírném letu. V našem rozboru se budeme věnovat pouze možnostem, které odpovídají našemu současnému přírodovědnému a zvláště fyzikálnímu poznání. A v tomto případě se musí jednat o zdroje jaderné. Velice podrobný rozbor možností jaderných zdrojů, způsobu i historie jejich využití byla popsána v  článku, který vyšel na Oslovi před pěti lety.  V současném článku bych se zaměřil na pokrok, který se v pětiletém období od napsání předchozího dosáhl. Pro další detaily a podrobnější rozbor některých principů a předchozí historie lze nahlédnout do zmíněného dřívějšího článku. 


Pro využití ve vesmíru se nabízejí čtyři možné typy jaderných zdrojů energie. Jde o radioizotopové zdroje, které využívají energii uvolněnou rozpadem radioaktivních jader. Dalšími využívanými zdroji jsou jaderné reaktory založené na využití energie získané ve štěpení těžkých jader. V budoucnu se plánuje používat i termojaderné fúze, kdy se využívá energie uvolněná při fúzi velmi lehkých jader, a ve vzdálenější budoucnosti i anihilace, kterou známe třeba právě i ze světa Star Treku.


Získaná energie se ve vesmíru využívá k pohonu kosmických lodí a aparátů i k výrobě elektřiny a zajištění tepla a podmínek pro život posádek i práci přístrojů. Jednou z možností pohonů jsou tepelné motory fungující na základě expanze horkého plynu a plazmy nebo pulzní motory, které využívají mikro či minivýbuchy. Druhým směrem jsou pak motory, které k vytvoření směrovaného výtoku nabitých částic využívají elektrická a magnetická pole, těm se říká iontové motory. 

 

Zvětšit obrázek
Lovu exoplanet se v barvách Evropy účastní i zařízení HARPS umístěné na dalekohledu o průměru 3,6 m na observatoři ESO v Čile (zdroj ESO).


Radioizotopové zdroje

Radioizotopové zdroje využívají energii uvolněnou v rozpadu radioaktivních jader. V kosmických aparátech se využívaly dva radioizotopy. V dřívějších dobách se využíval izotop polonia 210. Ten má poločas rozpadu 0,38 roku a hodí se tak spíše pro kratší mise. Rusové jej například využili v radioizotopových zdrojích u svých lunochodů. U nich však nesloužily pro výrobu energie pro pohon, k tomu sloužily fotovoltaické články, ale k ohřívání vozítka hlavně během měsíční noci. Dominantně se však využívá izotop plutonia 238. Ten má poločas rozpadu zhruba 88 let a umožňuje tak dlouhodobý stabilní výkon zdroje. Je třeba připomenout, že plutonium 238 má na rozdíl od plutonia 239 sudý počet neutronů (je jich 144) a není tedy štěpným materiálem, který by se dal využít jako palivo v jaderných reaktorech nebo bombě.
Radioizotopové zdroje využívající plutonium 238 byly na všech sondách, které se vydávaly k vnějším velkým planetám Sluneční soustavy. V odkazovaném článku z roku 2008 se popisoval zdroj GPHS-RTG (General Purpose Heat Source – Radioisotope Thermoelectric Generator) s tepelným výkonem 4400 W využívající 10,9 kg oxidu plutoničitého. Ke konverzi tepelné energie na elektrickou se u něj používal termoelektrický článek. Elektrický výkon byl 290 W a tedy účinnost konverze 6,6 %. Rozpadem radioaktivního materiálu klesá aktivita i tepelný výkon zdroje. Tím se snižuje i elektrický výkon a to rychleji než tepelný, protože s poklesem teploty a rozdílu mezi teplotou ohřívané a chlazené části klesá i účinnost konverze tepelné energie na elektrickou.
Tyto radioizotopové zdroje byly na sondách Galileo, Ulysses, nebo Cassini. Poslední zdroj tohoto typu byl namontován na sondu New Horizons, která odstartovala v lednu 2006 a za dva roky v červenci 2015 dorazí k mrazivému Plutu s jeho soustavou měsíců. Po průletu zamíří dále do Kuiperova pásu těles a pokusí se některé z nich prozkoumat.


V minulém desetiletí byl vyvinut radioizotopový zdroj nové generace.  Jeho označení je MMRTG (Multi-Mission RTG). V tomto případě je hmotnost použitého plutonia méně než poloviční oproti předchozímu zdroji, jde o 4,8 kg oxidu plutoničitého rozděleného do osmi modulů GPHS (General Purpose Heat Source). Zdroj má na počátku celkový tepelný výkon 2000 W. Ke konverzi tepelné energie na elektrickou se opět využívá termoelektrický článek. Elektrický výkon je zhruba 125 W a účinnost konverze tedy okolo 6,3 %.

 

Zvětšit obrázek
Marsovská pohyblivá laboratoř Curiosity je prvním zařízením, které využívá nový typ radioizotopových zdrojů MMRTG (zdroj NASA).

Tento nový typ radioizotopového zdroje byl poprvé použit na marsovské pohyblivé laboratoři Curiosity, která startovala v listopadu 2011 a na Marsu úspěšně přistála v srpnu 2012. Hlavním úkolem této laboratoře je průzkum podmínek na Marsu a hlavně hledání současných i minulých projevů existence vody. Právě pro geologický průzkum je vybavena přístroji, které ji umožňují získávat vzorky nejen sběrem, ale i vrtáním a komplexně je analyzovat. Sonda již v počátečním stádiu své mise dosáhla řady velmi významných objevů. Do současné doby už urazila při své cestě vzdálenost jednoho kilometru. Je však třeba poznamenat, že překonaná vzdálenost není to podstatné. Na své cestě se sonda velmi často zastavuje a provádí velmi různorodé průzkumy. Asi nejzajímavějším výsledkem je několik stop existence tekoucí vody na povrchu Marsu v minulosti. Tak komplexní laboratoř by nemohla pracovat bez zdroje elektřiny s dostatečným výkonem. A dostatečný výkon umožní právě radioizotopový generátor.

 

 

Zvětšit obrázek
Schéma nového modelu radioizotopového zdroje elektřiny MMRTG (zdroj NASA).

Další mise, které by tyto zdroje využily, nejsou závazně určeny. Zatím jediným horkým kandidátem je nová pojízdná marsovská laboratoř, která by měla být dokonalejší než Curiosity a startovala by v roce 2020. Obsahovala by mnohem dokonalejší sestavu přístrojů zaměřených i na astrobiologický průzkum a hledání života na Marsu. Intenzivní geologický a další průzkum by měl vytvořit podmínky pro cestu kosmonautů na Mars. Další vhodné mise nejsou zatím v plánu.

 

 

Zvětšit obrázek
Radioizotopový zdroj MMRTG připravený pro laboratoř Curiosity (zdroj NASA).


Pro budoucí mise se také pracuje na vylepšení zdroje v oblasti konverze tepelné energie na elektrickou. Termoelektrický článek by se v tomto novém zdroji vyměnil za Stirlingův motor a vznikl by zdroj s označením ASRG (Advanced Stirling Radioisotope Generator). U Stirlingova motoru je účinnost konverze okolo 30 % a zdroji s elektrickým výkonem 140 W by stačil tepelný výkon zhruba 470 W a využíval by dva moduly GPHS s pouhými zhruba 1,2 kg oxidu plutoničitého. Každá ASRG jednotka by měla dva Stirlingovy motory. Celková hmotnost ASRG bude 22 kg. Jistou nevýhodou využití Stirlingova motoru je to, že obsahuje pohyblivé části, takže je větší riziko poruchy. S tímto typem radioizotopového zdroje se počítá právě k misím do vnějších částí Sluneční soustavy. Jedná se například o projekt (TiMe) Titan Mare Explorer - sondy, která přistane na povrchu největšího měsíce Saturnu Titan a bude zkoumat hlavně jeho moře. Sonda by potřebovala dva ASRG. Původně šlo o samostatný projekt, který se později stal součástí mise TSSM (Titan Saturn System Mission). Ovšem před touto misí dostal přednost projekt nové mobilní marsovské laboratoře zmíněný před chvílí. Je tak otázkou, jestli vůbec a kdy k realizaci projektu dojde. Stejně tak je otevřená otázka realizace projektu sondy HORUS, která by se stala oběžnicí Uranu a využívala by tři ASRG generátory. Sonda „Jupiter Europa Orbiter“ by pracoval v systému měsíců Jupitera a využíval by čtyři ASRG generátory.
   

 

Zvětšit obrázek
Vibrační testy ASRG modulu (zdroj NASA).


Jedním z hlavních důvodů vývoje ASRG je také nutnost úspory izotopu plutonia 238. Tento radioizotop plutonia se produkoval jako vedlejší produkt výroby zbraňového plutonia. Ovšem zbraňové plutonium se přestalo v USA produkovat v devadesátých letech. A zásoby plutonia se vypotřebovávají, zůstává zhruba okolo 17 kg. Organizace NASA tak hledá možnosti, jak plutonium 238 pro radioizotopové generátory zajistit. Potřebuje vyrábět jeden až několik kilogramů plutonia 238 ročně.


Plutonium 238 se získává ozařováním neptunia 237 neutrony z reaktoru. Vzniklé neptunium 238 se s poločasem rozpadu 2,1 dne přeměňuje beta rozpadem na plutonium 238. Problémem v tomto případě je, že neptunium 238, které má lichý počet neutronů a je štěpným materiálem, má velký účinný průřez štěpení při záchytu neutronu. Nejlepší tak je odebírat produkované neptunium 238 se zóny ozařované neutrony, aby se nerozštěpilo ještě před tím, než se přemění na plutonium 238. Neptunium 237, které se pro výrobu plutonia 238 využívá, má poločas rozpadu přes dva milióny let. Vzniká v reaktorech dominantně ve dvou typech reakcí. Jednak vzniká z uranu 238, ze kterého po reakci s neutronem vyletí neutrony dva. Vzniklý uran 237 se s poločasem rozpadu zhruba 7 dní rozpadá na neptunium 237. Druhou možností je dvojitý záchyt neutronu na uranu 235. Izotop uranu 235 se při prvním záchytu neutronu může v 15 % případů zbavit energie vyzářením fotonu záření gama a nerozštěpí se. Vzniklý uran 236 pak může zachytit další neutron a vznikne už zmiňovaný uran 237, který se rozpadá na neptunium 237.


Jednou z možností pro výrobu plutonia 238 je využití amerických výzkumných reaktorů. Uvažuje se o provedení potřebných úprav a dobudování potřebných zařízení na reaktorech v laboratořích Oak Ridge a Idaho National Laboratory v Idaho Falls. Hlavně bude potřeba vybudovat boxy, které umožní pracovat s neptuniovými terči (ze zmíněného neptunia 237), které se k výrobě plutonia 238 budou používat. Předběžné odhady ukazují, že potřebné úpravy v těchto laboratořích by si vyžádaly zhruba 100 milionů dolarů a mohly by zajistit po roce 2017 produkci zhruba 1,5 kg plutonia 238 ročně. Je však otázkou, zda toto množství bude pro potřeby NASA stačit. Další možností je tak postavení speciálního flexibilního reaktoru TRIGA navrženého organizací CSNR (Center for Space Nuclear Research) v Idaho Falls.


V případě budoucích radioizotopových zdrojů s větším výkonem by se mohly využít místo Stirlingových motorů i plynové turbíny, které by mohly ještě zvýšit účinnost konverze tepelné energie na elektrickou. Iontové motory zatím vždy byly zásobovány slunečními bateriemi. Pokud by se však začaly využívat pro cesty do oblastí vzdálenějších od Slunce, mohly by se využít právě třeba radioizotopové zdroje. Ovšem radioizotopové zdroje jsou spíše určeny pro nižší výkony. Pro další úvahy a srovnání s možnostmi dalších zdrojů bude dobré připomenout, že, kdybychom hypoteticky potřebovali získat elektrický výkon 10 GW, potřebovali bychom 340 tisíc tun oxidu plutoničitého s plutoniem 238.

 

 

Zvětšit obrázek
Vozidlo poháněné jaderným zdrojem by mělo pomoci astronautům nejen na Marsu (zdroj NASA).


Jaderné reaktory

Jaderné reaktory jsou vhodné pro vyšší výkony, než poskytují radioizotopové zdroje. A po počátečním optimismu se ukázalo, že rozvoj kosmonautiky bude mnohem pomalejší, než se původně očekávalo. Nebyly a nejsou tak mise, které by odpovídající velké energetické výkony potřebovaly. Z toho důvodu se jaderné reaktory v kosmu využívaly jen na ruských špionážních družicích, které pomocí radaru sledovaly americké jaderné ponorky. Radar potřeboval velký výkon, hlavně v době, kdy Rusové zaostávaly v elektronice (i úsporné) a neměly problémy s vynášením těžkých nákladů. Původní reaktor BOUK (BES-5) vážil 0,9 tuny a jeho tepelný výkon byl 100 kW, tedy více než dvacetkrát větší než u radioizotopového zdroje GPHS-RTG. Jednalo se o rychlý reaktor využívající uran s velmi vysokým obohacením. Ke konverzi tepelné energie na elektrickou se využíval opět termoelektrický článek a elektrický výkon reaktoru byl až 4 kW. Nový reaktor TOPAZ byl dokončen koncem osmdesátých let a do vesmíru se dostal dvakrát. Jeho hmotnost byla 1,2 tuny a tepelný výkon 150 kW. Jeho vylepšená varianta TOPAZ-II už se do vesmíru nedostala. V devadesátých letech jej odkoupila NASA k urychlení vývoje svého reaktoru, ale program byl hlavně z finančních důvodů zastaven. Celkově se v rámci ruského vesmírného programu před ukončením využívání reaktorů pro výzvědné radarové družice dostalo do vesmíru třicet reaktorů.


Ani v současné době se neplánuje mise, která by potřebné velké výkony vyžadovala. I to je důvodem, proč je pokrok v této oblasti relativně pomalý. Ve zmiňovaném článku z roku 2008 se popisovaly také práce na nových typech vesmírných reaktorů, které se prováděly od roku 1994 v Laboratoři Los Alamos. Tam se vyvíjejí kompaktní rychlé reaktory s velmi vysokým obohacením typu HPS (Heatpipe Power Systém). Název pochází od technologie, která slouží k přenosu tepla mezi reaktorem a zařízením, které konvertuje tepelnou energii na elektrickou. Tímto zařízením je buď Stirlingův motor nebo plynová turbína pracující s využitím Braytonova cyklu. K přenosu tepla slouží kanálky procházející aktivní zónou reaktoru. V nich dochází k fázovému přechodu chladícího média. Na teplém konci se kapalina vypařuje a na chladném konci kondenzuje a kondenzací velice efektivně předává teplo. Vzniklá kapalina se pak transportuje na bázi gravitace nebo povrchového napětí k teplému konci. Velkou výhodou je, že tento systém chlazení nemá žádné pohyblivé části, které by se mohly poškodit, a razantně se tak snižuje možnost havárie. Základní vyvíjený model byl SAFE-400 o tepelném výkonu 400 kW a elektrickém 100 kW pracujícím po dobu deseti let. Využíval 145 kg paliva na bázi nitridu uranu s obohacením uranu 97 %. Výstupní teplota tepelného výměníku je v tomto případě 880°C. Reaktor SAFE-400 byl testován i jako zdroj elektřiny pro iontové motory. Na podobných principech se vyvíjel i menší reaktor HOMER-15 s tepelným výkonem 15 kW a elektrickým 3 kW. Podrobněji je o parametrech obou reaktorů ve zmíněném starším přehledu.


V roce 2003 vyhlásila NASA program vývoje jaderných zdrojů pro vesmírné mise pod označením Prometheus, který byl zaměřen jednak na vývoj už popsaných nových radioizotopových zdrojů, ale také na vývoje reaktorů navazující na předchozí modely. Jedním z hlavních úkolů byl vývoj výkonného energetického zdroje pro práci na povrchu Měsíce a Marsu. Ovšem neexistence mise, která by takové reaktory vyžadovala, a odkládání návratu lidí na Měsíc a cesty na Mars způsobily drastické snížení financování této části projektu.


Vývoj reaktorů pro vesmír je tak ve Spojených státech v podstatě v utlumené fázi. Přesto se dosahuje jistého pokroku. Koncem minulého roku (2012) proběhl DUFF (Demonstration Using Flattop Fission) experiment, který poprvé demonstroval uplatnění zmíněného systému pro chlazení reaktoru a dodávky tepla pro Stirlingův motor v podobě systému kanálků.  Teplo z reaktoru bylo pomocí kanálků transportováno ke dvojici Stirlingových motorů.  V demonstračním experimentu byla testována funkce pouze jedné jednotky produkující z tepla produkovaného reaktorem elektřinu. Ve skutečném zdroji jich bude několik. Navíc bude teplota na výstupu tepelného výměníku mnohem vyšší než v současném testu. To byly důvody, proč elektrický výkon testovací jednotky dosahoval zatím pouhých 24 W. V konečné variantě by se reaktor měl skládat ze šesti částí: aktivní zóna s 23 kg vysoce obohaceného uranu, reflektor okolo aktivní zóny odrážející neutrony, jedna kontrolní tyč z materiálu pohlcujícího neutrony, stínění absorbující radiaci a osm kanálků, které budou zásobovat teplem osm Stirlingových motorů. Celá jednotka bude velmi kompaktní a pasivně bezpečná.


Jedním z hlavních cílů experimentu bylo ukázat, že lze díky přesně zacílenému a schopnému týmu realizovat praktické testování reaktoru s takovým systémem během pouhých šesti měsíců a náklady menšími než milion dolarů. I to naznačuje, jak je vývoj v této oblasti v současných USA podfinancován. A bez toho, aby se dramaticky zvýšily ambice v oblasti vesmírného výzkumu a stanovily jasné cíle a priority zvláště v oblasti výzkumu Měsíce a planet, se situace nezmění. Jedině tak se totiž objeví projekty, které reálně výkonné reaktory budou potřebovat.


Taková situace není jen ve Spojených státech. Proto je většina studií, které se v oblasti nových vesmírných reaktorů v posledním desetiletí prováděly, pouze v oblasti návrhů a simulací. Takovými studiemi se i za pomocí studentů zabývá i zmíněné středisko CSNR v Idaho Falls a další výzkumné instituce.


V roce 2010 podpořila ruská vláda částkou zhruba 170 milionů dolarů projekt vývoje vesmírného reaktoru s výkonem v oblasti řádově jeden megawatt. Na vývoji se podílejí Rosatom a Roskosmos. Mělo by se jednat o malý kompaktní plynem chlazený rychlý reaktor, který by dodával teplo turbíně produkující elektřinu třeba i pro iontový motor. Vývoj reaktoru by měl umožnit jeho testy v roce 2018 a první nasazení v roce 2020. Teprve budoucnost však ukáže, jak jsou tyto představy reálné. Stejně jako v americkém projektu se využití reaktorů předpokládá pro vytvoření podmínek pro návrat lidí na Měsíc, pobyt na Marsu a zrychlení meziplanetárních cest. Problém není ani tak v nákladech na vývoj a výrobu reaktoru, ale v tom, zda se najdou finance na vesmírné mise, které by jej využily.


Stejně jako u radioizotopových zdrojů se pro další srovnání podívejme na to, kolik paliva by potřeboval hypotetický zdroj s výkonem 10 GW. Pokud vezmeme parametry jaderného reaktoru SAFE-400, dostáváme pro zdroj fungující deset let s výkonem 10 GW potřebu 14 500 tun nitridu uranu. Ovšem tento zdroj není koncipován na co největší stupeň vyhoření použitého paliva. V případě speciálního reaktoru například na tekuté palivo s průběžnou separací izotopů pohlcujících neutrony by se mohlo množství palivo násobně až řádově snížit.

 

 

Zvětšit obrázek
Test systémů využívaných v novém prototypu malého kompaktního rychlého reaktoru pro vesmírné využití proběhl při tzv. „DUFF experimentu“. John Bounds z Laboratoře Los Alamos (LANL) kontroluje systém před zahájením experimentu (zdroj LANL).

Znalosti důležité pro vývoj jaderných reaktorů k využití ve vesmíru se však získávají i při vývoji nových reaktorů jak pro energetické účely tak výzkumných. Z toho hlediska nastává relativně pozitivní vývoj, protože v současnosti se zdá, že nastává renezance rozvoje jaderné energetiky a rozvoje nových typů reaktorů. A to hlavně rychlých reaktorů. Na vedoucí pozici jsou Čína, Rusko a Indie, kde se kromě rychlých reaktorů chlazených sodíkem chystá nebo už zahajuje i budování rychlých reaktorů chlazených plynem či olovem. Velmi zajímavým konceptem, který by mohl být užitečný i pro některé vesmírné aplikace, je reaktor využívající tekuté soli. Nový prototyp takového reaktoru se připravuje jak v Číně, tak v Indii i Rusku. Pracuje se i na malých reaktorech s dlouhým pracovním cyklem bez výměny paliva. Je pochopitelné, že na vesmírné reaktory jsou kladeny jiné požadavky než na ty pozemské. Jejich konstrukce tak je odlišná, ale spousta parametrů, vlastností využívaných materiálů a technologií je stejná nebo podobná a zkušenosti se dají využít.


Rozvoj jaderné energetiky je důležitý i z dalšího hlediska. Vesmírné technologie a lety jsou energeticky velmi náročné a může si je dovolit pouze civilizace, která dokáže produkovat efektivním a ekologickým způsobem dostatek energie. Přehled současného stavu v jaderné energetice je zde/. Podrobněji se k tomuto tématu vrátíme v závěru.


V oblasti vývoje tepelných či pulzních motorů založených na štěpení se v současnosti vývoj úplně zastavil. Předchozí snahy a dosažené úspěchy například s vývojem motoru NERVA byly popsány v dřívějším zmiňovaném článku. V současné době se dominantně v případě pohonu uvažuje o využití iontových motorů, které bude reaktor zásobovat elektrickou energií.

 

 

Zvětšit obrázek
Systém, zajišťující seismickou odolnost, na kterém bude posazena budova se samotným tokamakem ITER. Stav z dubna 2012. (Zdroj ITER).

Využití termojaderné fúze

Ještě větší výkony by nám mohla poskytnout jaderná fúze. V ní se využívá energie uvolněná při slučování lehkých prvků. V případě úvah o pozemském energetickém využití termojaderné fúze se spíše uvažuje o využívání slučování deuteria a tritia, v případě vesmírných aplikací se spíše uvažuje o slučování deuteria a helia 3. Zatímco deuteria je na Zemi dostatek, tritium ani helium 3 se zde ve využitelném množství nevyskytují. Pro pozemskou termojadernou energetiku by se tritium získávalo z lithia, které by ozařovaly neutrony produkované ve slučovací reakci deuteria a tritia. Za tím účelem by termojaderná elektrárna měla kolem místa, kde by probíhaly fúzní reakce, blanket z lithia. Nevýhodou tritia je, že je radioaktivní a s poločasem rozpadu 12,3 let se rozpadá na helium 3. To zhoršuje manipulaci s ním a možnost jeho dlouhodobého skladování.  Na Zemi lze helium 3 velmi těžko získávat, ale na Měsíci či velkých planetách, jako je třeba Jupiter, by ho měly být značné zásoby. Otázkou však je, jestli budou dosažitelné.

 

 

Zvětšit obrázek
Stav staveniště v polovině června, pokračuje budování základů budovy pro samotný tokamak (zdroj ITER).

Bohužel zatím neexistuje konkrétní příklad vesmírné realizace a nepodařila se zatím realizovat ani termojaderná elektrárna. Současnými klíčovými projekty jsou v této oblasti tokamak ITER  (the International Thermonuclear Experimental Reactor), který se staví ve francouzském Cadarache u Marseille a již fungující zařízení NIF  (National Ignition Facility) v americké laboratoři LLNL (Lawrence Liwermore National Laboratory).

 


Tokamak ITER a testovací neutronové zařízení IFMIF

Tokamak ITER využívá magnetické udržení plazmatu, při kterém stačí sice menší hustota, ale plazma se musí udržet při potřebné teplotě okolo 100 milionů stupňů relativně dlouho v řádu sekund i více. V případě tokamaků se k tomu využívá toroidní magnetické pole. To musí být velmi intenzivní, v řádu jednotek Tesla, takže u velkých moderních tokamaků se využívají supravodivé magnety. Podrobný popis různých principů, na kterých je založena snaha o dosažení termojaderné fúze, je z hlediska kosmického využití rozveden v předchozím zmiňovaném článku a velmi podrobně z hlediska dosažení termojaderné energetiky v  tomto přehledu.

 

Zvětšit obrázek
Instalace armovací oceli pro základy budovy s diagnostikou budoucího tokamaku ITER (zdroj ITER).


Zmíněný tokamak ITER by měl být prvním zařízením, které pomocí termojaderné fúze vyprodukuje více energie a to násobně, než se spotřebuje na vytvoření plazmatu potřebných parametrů. Měl by tak prokázat, že lze prakticky získávat pomocí termojaderné fúze energii. Nepůjde zatím o termojadernou elektrárnu, k tomu chybí dvě základní komponenty. První je produkce paliva, tedy tritia z lithia pomocí neutronů vznikajících ve fúzních reakcích. Druhou je konverze vznikající tepelné energie na elektrickou. Produkce tritia z lithia a odolnost různých komponent budoucích termojaderných elektráren se bude testovat na zařízení IFMIF (the International Fusion Materials Irradiation Facility), které se buduje v japonském Rokkashu. Tam je však zdrojem neutronů zařízení využívající urychlovač deuteronů a jejich reakci na terči z lithia. Skutečným prototypem termojaderné elektrárny by měl být až následující projekt DEMO, který by se měl vybudovat na základě zkušeností získaných na zařízeních ITER a IFMIF.

 

 

Zvětšit obrázek
První dokončená budova je určená pro sestavování a testování cívek největších supravodivých magnetů, které se budou na tokamaku ITER využívat (zdroj ITER).


Práce na budování tokamaku ITER se po počátečním váhání rozjely naplno a v posledních letech je vidět intenzivní pokrok. Řada podpůrných zařízení i některé budovy jsou už dokončeny. Jde například o budovu, kde se budou sestavovat a testovat cívky velkých supravodivých magnetů tokamaku ITER. To je důležité z toho důvodů, že řada komponent budoucího tokamaku, včetně částí magnetů, už je postupně vyvíjena, vyráběna a bude dodávána do areálu. Před očima rostou základy hlavní budovy, ve které bude umístěn samotný tokamak. Počet dělníků, kteří se na s ní spojených stavebních pracích účastní, postupně roste. Ze dvou set jich na hlavní budově do konce roku bude pracovat tisíc. Celkový počet pracovníků podílejících se na budování areálu zařízení ITER i jeho zařízení, který byl v roce 2011 zhruba 1400, vzroste v době maxima intenzity budování v letech 2014 až 2015 až na 5000.


Pro zajímavost, celková hmotnost tokamaku bude 23 000 tun a pro výrobu cívek jeho supravodivých elektromagnetů se využije 80 000 km drátu ze slitiny niobu a cínu (Nb3Sn), jeho celková hmotnost bude 400 tun. Hmotnost budovy s tokamakem, která bude „odstíněna proti zemětřesení“, je zhruba 360 000 tun. Celý areál, kde se komplex ITER buduje, má plochu 180 hektarů. Výška budovy samotného tokamaku bude 73 m, z toho 60 m bude nad zemí.

 

 

Zvětšit obrázek
Transportní zařízení, které bude sloužit pro manipulaci s cívkami velkých supravodivých magnetů při jejich sestavování a testování (zdroj ITER).

Relativně podle plánu probíhá i vývoj a výroba různých komponent budoucího zařízení po celém světě. Některé japonské dodavatele sice postihlo zemětřesení a cunami v březnu 2011, ale celkové termíny tím nebyly ohroženy. Platí tak termín získání první plazmy v tokamaku ITER v roce 2020. Je třeba připomenout, že se sice na ITER testuje řada novinek, ale základní principy byly ověřeny na řadě existujících tokamaků stejné konstrukce, z nichž nejmodernější v Číně a Jižní Koreji (KSTAR) mají také všechny magnety supravodivé. Je tak jasné, že zařízení bude fungovat podle očekávání.


 Řada tokamaků a dalších fúzních zařízení ve světě umožňuje rozšiřovat naše znalosti o chování plazmatu i nyní. Například zmíněný nový tokamak KSTAR v roce 2012 dokázal udržet stabilní plazma o teplotě 50 milionů stupňů celých 17 s. Výzkum, který určitě pomůže rychlejšímu a efektivnějšímu startu využívání tokamaku ITER, probíhá na řadě zařízení na celém světě. A je potěšující, že se na něm podílejí i čeští vědci, kteří využívají tokamak COMPASS v Ústavu fyziky plazmatu AVČR.

 

 

Zvětšit obrázek
V japonském Rokkashu začala instalace prototypu lineárního urychlovače deuteronů pro zařízení IFMIF (zdroj ITER/IFMIF).


Také budování zařízení IFMIF v japonském Rokkashu pokročilo. V současnosti byla zahájena instalace prototypu lineárního urychlovače deuteronů LIPAc (Linear IFMIF Prototype Accelerator), který má otestovat technologie pro budoucí hlavní urychlovač zařízení IFMIF. Prototypové zařízení produkuje deuterony s nižší energií 9 MeV, ale intenzita svazku by měla být podobná budoucí konečné verzi, tedy 125 mA. Konečná verze urychlovače by měla být schopna dodávat dva svazky deuteronů o energiích 40 MeV a intenzitě 125 mA. Po dopadu těchto deuteronů na lithiový terč se produkuje velmi intenzivní svazek neutronů s energií okolo 14 MeV. Což do značné míry simuluje situaci, která bude v budoucí termojaderné elektrárně. Zde budou muset komponenty vydržet velmi intenzivní svazek neutronů s podobnými parametry. Prototyp urychlovače byl vyvíjen ve Francii, kde se jeho části i funkce otestovaly. Byl pak převezen do Rokkasho a nyní začala jeho instalace. Také budování této důležité komponenty fúzního výzkumu nasadilo správné tempo.


Pravděpodobnosti reakcí neutronů s různými materiály a odolnost různých materiálů proti radiačnímu poškození intenzivním svazkem neutronů se zkoumají na řadě pracovišť, které mají neutronové zdroje. Tato data jsou důležitá nejen pro vývoj fúzních zařízení, ale také pro vývoj pokročilých typů reaktorů nebo urychlovačem řízených transmutorů. Také v mém mateřském ústavu je několik zdrojů neutronů  založených na využití našeho cyklotronu. Velká část jejich využití tak spočívá právě ve výzkumu nutného pro vývoj pokročilých fúzních i štěpných zařízení. I naši studenti se podílejí na těchto výzkumech u nás i v zahraničí (drobná ukázka této práce je ve formě populárního článku zde, diplomové a PhD práce zde, zde a zde a posledního z našich odborných článků v této oblasti zde). Tyto naše neutronové zdroje jsou přístupné pro české i evropské uživatele v rámci projektu CANAM a spolu s dalšími evropskými neutronovými zdroji v rámci projektu ERINDA a navazujícího projektu CHANDA.

 

 

Zvětšit obrázek
Terčová komora zařízení NIF (zdroj LLNL).

Zařízení pro studium inerciální fúze NIF

Zařízením, které lze přímo spojit s vývojem pohonu pro mezihvězdné lety, je americký NIF. V tomto případě, označovaném jako inerciální udržení plazmatu, jde vlastně o termojaderné mikrovýbuchy. Pomocí laserů v případě NIF (lze použít třeba i svazky elektronů či jiných částic) se u inerciálního udržení stlačí a ohřeje mikrokulička zmrzlé směsi deuteria a tritia (případně helia 3) až k hustotám větším než 1026 m-3 (případně dokonce 1031 m-3 v případě rychlého stlačení). Stačí tak velmi krátké doby jeho udržení. Větší než 10-6 s (v případě zmíněných vysokých hustot stačí okolo 10-11 s).
O budování zařízení NIF, jehož nejdůležitější částí je vysoce výkonný laser, se psalo v předchozím článku    o vývoji v oblasti termojaderné fúze. Od té doby bylo toto zařízení dokončeno a spuštěno, i když vše probíhalo se značným zpožděním a zatím se termojadernou fúzi v režimu inerciálního udržení zapálit nepodařilo. Ta je definována tím, že fúzní reakce začnou probíhat hromadně a poměr mezi energií vyprodukovanou fúzí a vnesenou při stlačení a ohřevu překročí jedničku. Jakých úspěchů se zatím podařilo dosáhnout?

 

 

Zvětšit obrázek
Rameno uvnitř terčové komory, které umožňuje manipulaci a přesné umístění terčíků a také umožňuje kalibraci při zacilování 192 laserových svazků (zdroj LLNL).


Nejdůležitější je, že se podařilo zprovoznit laser tak, že jeho 192 svazků dodává energii symetricky a do velmi malého objemu. Podařilo se standardně produkovat rekordní laserové výstřely ultrafialového světla s celkovou energií přesahující 1,8 MJ a trvajícími řádově miliardtinu sekundy. Výkon tak dosahuje až 500 TW. Tuto energii se daří homogenně dodat do prostoru o rozměrech okolo 2 mm.


 Jako terčíky, jejichž implozi a tím i extrémní stlačení a ohřátí mají laserové paprsky způsobit, se používají duté kuličky o průměru 2 mm. Většinou jsou z plastu. Uvnitř je pak směs deuteria a tritia. Vše je ochlazeno na teplotu zhruba 18 K (tedy jen 18 stupňů nad absolutní nulou). Tlak v tomto pouzdře a zmíněná teplota vytváří takové podmínky, že uvnitř plastové kuličky je sice vodík v plynné podobě, ale velká jeho část vytvoří na vnitřním jeho povrchu vrstvu zmrzlého vodíku o tloušťce zhruba 0,1 mm. Hustota zmíněných izotopů vodíku tam je až desetkrát větší než u plynu v centru kuličky.


 Kulička je uchycena pomocí dvojice blán z ultratenkého polymeru v dutině. Není ozářena přímo laserovým světlem, ale to dopadá na vrstvu materiálu, která se ohřeje tak, že se stane intenzivním zdrojem rentgenovského záření. Teprve to stlačí a ohřeje zmiňovaný terčík v podobě dvoumilimetrové kuličky. Dopadající rentgenovské záření odpaří a stlačí vnější obálku z plastu a stlačí také palivo na 1/35 původního rozměru. Objem se tak zmenší na 1/40 000 původní hodnoty. Uvnitř paliva se vytvoří velmi hustá a horká zóna s teplotou 100 milionů stupňů (to je skoro o řád více než je teplota v nitru Slunce).  

 

 

origami Vesmír - neuveden
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 199 Kč
cena: 177 Kč
origami Vesmír
neuveden
Související články:

Na cestě k vesmírnému výtahu     Autor: Vladimír Wagner (17.08.2017)
Ultimátní přístroj: Vědci vytvořili urychlovač částic z celého vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (26.07.2017)
Budou na Měsíci fungovat robotičtí těžaři už v roce 2020?     Autor: Stanislav Mihulka (16.07.2017)
Observatoř Newton objevila nejjasnější a nejvzdálenější pulsar ve vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (22.02.2017)
Nejenže vesmír chladne, nějak prošustroval i část své temné hmoty     Autor: Josef Pazdera (30.12.2016)



Diskuze:

Tomáš Lízner,2014-02-11 22:56:36

dokonalý článek, díky za něj

Odpovědět

Kroniky hvězdných kolonizací

Jan Tušla,2013-09-08 12:55:26

Odkud je úryvek "Kroniky hvězdných kolonizací"?

Odpovědět

Kolumbus, povedz mi, načo?

Milan Závodný,2013-08-01 06:50:35

Zmyslom bytia je byť. Aby bytie bolo, musí sa reprodukovať a vymieňať si energiu s okolím. Reprodukcia sa deje s chybami, preto je biodiverzita. Vďaka nej je konkurenčný boj. Aby bytie nezaniklo, musí sa rozširovať, k čomu slúži zvedavosť a jej dieťa - inteligencia. Ak inteligencia náhodne prebujnie, spôsobí širokú deštrukciu, lebo inštinkty sú nastavené. Inteligencia sa stáva sluhom inštinktu. To je koniec bytia.
Vždy hovorím, že nekonečne ľahšie je osídliť tundru na Zemi, než na Marse, ale každý by sa hneď trepal na Mars. Ani keby na každej slnečnej orbite bola rajsky zelená planéta, nemal by človek pri svojej králičej náture problém zaplemeniť ich skôr, než by technológia dovolila "preskočiť" ku inej hviezde. A potom k ďalšej až po vesmírny obzor. Našim problémom nie je technológia, ale nedostatok sebapoznania.

Odpovědět

antihmota

Jiří Novák,2013-07-31 23:37:29

Pokud jde o tu výrobu antihmoty - bylo by možné alespoň teoreticky využít virtuálních částic? Jestli to chápu správně, tak neustále vznikají páry virtuálních částic a antičástic, které zase okamžitě anihilují. Co kdyby se tedy skonstruovala vakuová komora, která by odpovídala vlnové délce požadovaných částic a antičástic a ty by se hned po vzniku, než stačí anihilovat, od sebe "nějak" odtáhly a koncentrovaly v připraveném "něčem" (nádobách, pastech)? Perpetum mobile by to nebylo, protože by se spotřebovávala energie na to odtahování a koncentraci.

(Berte mě s rezervou, je to nápad na scifi rekvizitu. Jde mi o to, jestli to není naprostá hloupost.)

Odpovědět


ad generace antihmoty z virtuálních částic

Pavel Brož,2013-08-01 00:13:56

Bohužel tento způsob je mimo urychlovače či obecně vysokoenergetické srážky částic prakticky nerealizovatelný. Virtuálně vznikající páry částice-antičástice vznikají sice spontánně, ale v oblastech srovnatelných s komptonovskou vlnovou délkou příslušné částice/antičástice. Tato délka je rovna h_bar/mc, kde h_bar je Planckova konstanta (1,054*exp-34 kg m2 s-1), m je klidová hmotnost částice a c je rychlost světla. Tedy třeba pro elektron je to řádově exp-13 metru, pro proton cca dvoutisíckrát méně.

Aby došlo k separaci částice od antičástice z virtuálního páru, je nutno zhruba do takto velké oblasti vnést potřebnou energii ke kreaci. Což se běžně děje v částicových urychlovačích při srážkách částic.

Alternativní cestou je vytvoření obřího gradientu gravitačního pole, což je de facto možné jen v blízkosti horizontu černé díry, pokud je tato dostatečně malá (čím menší černá díra, tím větší nehomogenita gravitačního pole na jejím horizontu). To už je ovšem sci-fi.

Odpovědět


Možná striktnější formulace.

Vladimír Wagner,2013-08-02 18:46:45

Pavel Brož to popsal přesně, ale zkusil bych to možná formulovat pregnantněji. Aby se virtuální částice stala reálnou, tak do toho musíte investovat nejméně právě tolik energie, jako je hodnota klidové energie této částice. A dá se v principu říci (jak psal Pavel Brož), že právě vysokoenergetické srážky částic či procesy probíhající v prostředí s vysokým gradientem gravitačního pole tento "převod" virtuálních částic na reálné dělají.

Odpovědět


ještě vysvětlení :-)

Pavel Brož,2013-08-03 18:51:26

to, na co správně upozorňuje Vladimír Wagner, je skutečnost, že virtuální částice se od těch reálných neliší jenom "dobou existence" či "maximální vzdáleností" při jejich vzniku ve virtuálním páru. Hlavním rozdílem mezi reálnými a virtuálními částicemi je to, že reálné částice existují na tzv. hmotnostní slupce (mass shell), zatímco virtuální částice mimo ni. Hmotnostní slupkou se přitom myslí disperzní vztah mezi hybností a energií částice. Tento vztah má tvar:

E = +odmocnina(p2 c2 + m2 c4)

(číslice zde znamenají mocniny). E je celková energie částice, p její hybnost, m její klidová hmotnost.

Zatímco reálné částice mohou mít energie jenom kladné (dokonce jenom větší nebo rovny mc2), tak virtuální částice, jelikož jejich energie není vázána vůbec žádným vztahem k hybnosti, mohou mít energie libovolné, třeba i záporné. Proto je možný, i při neustálém respektování zákona zachování hybnosti a zákona zachování energie, spontánní vznik virtuálního páru, kde obě částice mají opačné hodnoty jak hybnosti, tak energie. V tomto páru mohou být buď obě částice mimo hmotnostní slupku, anebo klidně i jedna z nich může být na hmotnostní slupce, ale druhá už být nemůže (je jasné, že ta se zápornou energií nemůže být reálnou částicí, záporné energie jsou evidentně mimo tu slupku).

"Zreálnění" takového virtuálního páru je možné vnesením právě takové dodatečné energie, příp. i hybnosti, aby se obě částice toho páru dostaly na tu hmotnostní slupku. Pouze částice, které se nacházejí na této slupce, se mohou vyskytovat autonomně v tzv. koncových stavech, což jsou definitoricky stavy částic, kdy lze zanedbat jejich interakce s jinými částicemi. Tímto koncovým stavem může být např. elektron obíhající v urychlovači, který je sice urychlován elektromagnetickým polem, ale tato interakce je relativně velice slabá, takže elektron je během svého urychlování stále na hmotnostní slupce. Naopak elektron přechodně vznikající a zanikající v divokých interakcích při srážkách třeba atomových jader může být i hodně mimo tu slupku, tedy pak je to virtuální, nikoliv reálný elektron, a takovýto elektron se nemůže z oblasti interakce vzdálit natolik, abychom jej pozorovali jakožto koncový stav. Přesto existence těchto byť jen po mizivou dobu existujících virtuálních elektronů ovlivňuje výsledky srážek i úplně jiných částic, a teorie s nimi proto musí počítat.

Vlastně si teď uvědomuji, že existuje rozdíl mezi tím, jak se virtuální částice pojednávají v kvantové mechanice a jak v kvantové teorii pole. V kvantové mechanice se na to jde přes Heisenbergovy relace neurčitosti - řekne se, že tyto relace určují přesnost platnosti zákonů zachování energie a hybnosti. Jinými slovy se řekne, že tyto zákony neplatí přesně, ale že lze tyto zákony "porušovat", pokud se tak děje dostatečně rychle či na dostatečně malé vzdálenosti. Vznik virtuálního páru se pak opisuje tak, že částice toho páru "poruší" na krátkou dobu zákon zachování energie o energii potřebnou pro kreaci, a po vypršení této krátké doby pár zase zanikne a platnost zákona zachování energie je opět obnovena. V tomto pojetí platí pro obě částice v páru výše zmíněná disperzní relace, tzn. že v tomto pojetí jsou obě částice na hmotnostní slupce, ale jen po kratičkou dobu.

Toto pojetí je ale už zastaralé a překonané. V kvantové teorii pole se virtuálními částicemi myslí částice, pro něž platí zákon zachování hybnosti a energie naprosto přesně a naprosto neustále, přičemž není ani na sebemenší okamžik porušován. Jediné, co může být ve stavech, které nejsou koncovými stavy, porušováno, je právě ta disperzní relace. A právě ta rozlišuje částice reálné od virtuálních, protože se dá ukázat, že koncové stavy se nutně musí nacházet na hmotnostní slupce.

Nicméně přesto, že obě dvě pojetí virtuálních částic se ne úplně ztotožňují - to druhé je totiž mnohem univerzálnější a přesnější - tak se při mnoha úvahách používají obě, protože to prvé je intuitivnější - to druhé totiž přímo nic neříká o typických časech či typických rozměrech, a to jsou často kolikrát právě ty hodnoty, které je třeba brát do úvahy, když se uvažuje o možnosti či nemožnosti některých procesů. Tak například právě na základě toho prvého, byť ne tak exaktního kritéria, je možné velice snadno odhadnout, na jakých typických vzdálenostech budou hrát roli efekty působené vznikajícími a zanikajícími virtuálními páry. Z toho důvodu můžeme velice snadno odvodit, že např. pro energie elektronů v atomových obalech nebudou procesy působené virtuálními páry hrát významnou roli, protože Comptonovská vlnová délka elektronu je řádově stokrát až tisíckrát menší, než je velikost atomu. Naopak virtuální páry vznikající a zanikající v nukleonech hrají pro energii těchto nukleonů roli velice podstatnou, protože Comptonovské vlnové délky kvarků jsou srovnatelné s rozměry nukleonu.

Každopádně, v popularizační literatuře se o virtuálních částicích referuje jenom tím prvním způsobem (tj. způsobem, jakým je popisuje kvantová mechanika), jejich přesnější popis ale souvisí s tou hmotnostní slupkou (tj. reálné částice jsou na ní, virtuální ne). A to je myslím zrovna to, na co chtěl patrně Vladimír Wagner poukázat ve svém upřesnění, tj. že se nejedná pouze o tu vzdálenost mezi částicemi, mají-li se "zreálnět", ale že je nutné je dostat obě na tu hmotnostní slupku vnesením té dodatečné energie a hybnosti.

Odpovědět

Mezihvězdné lety

Ondi Vo,2013-07-31 13:41:58

... jsou zajisté fascinující námět a připojuji se s pochvalou pana Wagnera za perfektní článek.

Chtěl bych přispět malou hřivnou skepse k hojně diskutovanému pohonu laserem opřeným do plachty vesmírného korábu.
Tlak světla našeho Slunce ve vzdálenosti 1AU při 1,367kW/m² obnáší zhruba 9,1µPa, tedy 9,1µN/m². To Není moc. Plachta musí mít 100% reflektivnost, prakticky se dosáhně jen 90%, tedy kolem 8µPa.

A teďka k pohonu laserem. Chtěl-li bych tímto způsobem urychlovat koráb vybavený plachtou řekněme o ploše 1000km², tak bych potřeboval na vytvoření skromné síly 8kN laser o světelném výkonu 1,367 TW, ovšem beze ztrát rozptylem a pod. a to urychlí vehikl o hmotnosti 1000 tun (včetně plachty) obraznou necelou tisícinou gravitačního zrychlení na povrchu Země, tedy 8mm /s².
Ten superlaser musí pochopitelně "pracovat" nepřetržitě a musí mít něco jako rozptylovací autofokus aby tu plachtu nepropálil, když bude ten vehikl ještě moc blízko.

Ten superlaser bych moh nahradit konkávním zrcadlem o ploše tisíců km², promítajícím světlo Slunce na plachtu onoho korábu. Pochopitelně by muselo být to duté zrcadlo "uchyceno" na nějakém masívním tělese poblíž Slunce, Merkur se přímo nabízí.

Doufám přítelé, že mi nebudete "trhat křidélka" jestli jsem se někde splet.

Odpovědět


koukám,

Ondi Vo,2013-07-31 13:46:31

že mi tam místo výš položené dvojky ve výrazu m na druhou a s na druhou napsal interpreter 1,367kW/m²

sorry.

Odpovědět

chyba v textu

Martin Ondracek,2013-07-30 16:46:15

Při popisu principu iontového motoru je v textu asi chybička. Píše se "Nejdříve ionizací pomocí srážek elektronů s elektrony vznikají ionty." Předpokládám, že má být "pomocí srážek elektronů s atomy xenonu". Sice většina lidí, kteří se prokoušou až na tohle místo textu, asi bude tušit, co je to ionizace a nedají se zmást, ale přece jen by bylo lépe to opravit. Ať to někdo nevezme vážně a nepředstavuje si, že ty ionty vznikají podobně jako nějaké exotické elementární částice po srážce dvou leptonů v částicové urychlovači. Jinak se připojuji k poděkování ostatních čtenářů panu Wagnerovi za tento i spoustu dřívějších skvělých článků.

Odpovědět


Díky za upozornění

Vladimír Wagner,2013-07-30 21:41:22

To jsem rád, že mám tak pozorné čtenáře, kteří navíc přemýšlejí i nad tím, aby nedocházelo k dezinterpretacím. Poprosím redakci o opravu: Nejdříve ionizací pomocí srážek elektronů s elektrony v atomech xenonu vznikají ionty. Jinak díky za pochvalu. Ta vždycky potěší a povzbudí k dalšímu psaní. A děkuji také všem za zajímavou diskuzi i upozornění na chyby. I z toho člověk vidí, že čtenáři text pozorně čtou.

Odpovědět

Díky za vynaložený čas a práci.

Lukáš Píše,2013-07-30 14:41:32

Super čtení pane Wagner ...ještě tomu dám chvilku večer a budu na konci :)

Odpovědět

S Ipkkis,2013-07-29 17:52:09

A este k pohonu. Tam sa mi celkom paci system urcitych bran ktore urychuju lod ked cez ne prejde ako som to cital v niektorych knihach. Neviem na akych principoch to bolo zalozene opis tam nebol ak si pametam mozno niaka magneticka indukcia. Je samozrejme ze tie brani by sa najskor museli rozmiestnit ale ide o to ze dalsie lode by so sebou nemuseli nosit palivo

Odpovědět

Ekonomicke moznosti

S Ipkkis,2013-07-29 17:48:39

Moj komentar bol mysleny hlavne k tym ekonomickym problemom pan Martin Plec ktore ste spomynali a teda ak sa zhodujeme ze nasa slnecna sustava bude kolonizovana tak podla mna nebudu take velke aby boli ine systemy nedosiahnutelne. A o to ze by nebol zaujem sa nebojim staci si pozret teraz prebiehajucu sutaz kde sa mozu ludia prihlasit k ceste na mars a zalozenie kolonie a zaujem je dost velky aj ked to je jednosmerna cesta. Jediny problem vidim v tom ak sa nikdy nepodari prekonat rychlost svetla ze cesta bude trvat roky a nechapem preco by to mala byt jednosmerna cesta.

Odpovědět

Fantasy nevyžaduje magii

Martin Plec,2013-07-29 00:45:06

http://cs.wikipedia.org/wiki/Fantasy, hned první věta.

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-29 00:46:38

Pardon, zase vedle, to mělo být k výhradám pana Wagnera na moje používání slova "fantasy".

Odpovědět


Ale Vaše zařazování něčeho

Vladimír Wagner,2013-07-29 08:24:55

do žánru fantasy je opravdu hodně nestandardní. Rozbor mezihvězdných letů (což je standardní téma hard SF), ještě rozebíraný opravdu z hlediska současného fyzikálního poznání (bez mimozemských technologií či nadprůměrně vyvinuté inteligence a síly :-) zařadíte do fantasy jen proto, že podle Vašeho názoru ekonomické a psychologické překážky budou příliš velké.
Pochopitelně, nikde v tom mém příspěvku není tvrzení, že hvězdné let lidská civilizace určitě uskuteční. Je tam řečeno, že v případě, že se dokáže vypořádávat s problémy na Zemi a bude mít pro jejich uskutečnění vůli, tak by je na základě současných znalostí přírodních zákonů a technologií, uskutečnit asi mohla.

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-29 09:34:47

Já myslím, že je to jen slovíčkaření. Co je a není fantasy bylo v mých příspěvcích naprosto nepodstatné, jak jsem to myslel, jste pochopil.

Odpovědět

Nádherný článek, ještě že pan Wagner žije a píše

Ondřej Almássy,2013-07-28 18:56:42

Nebál bych se toho, že se na cesty ke hvězdám vydáme za nějak extrémně dlouho, je to vidět na šíleně rychlém vývoji v posledních desítkách let.

Myslím, že lidstvo se ideově pohybuje také v cyklech, jako většina jevů kolem nás, takže za pár let začne zase další snaha o osídlování blízkých planet a to nás nakopne k mezihvězdnému cestování stejně, jako první cesty do vesmíru a na měsíc urychlily vývoj vědy a techniky.

Např. existence a fungování ISS je přeci úžasná věc.

A lidé jako pan Plec budou stále, vždyť o tom psal již A.C.Clark před 57 lety :-)

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-28 21:37:32

Osobně si myslím, že těžba na asteroidech by mohla být ekonomicky výhodná, ale cesty ke hvězdám jsou úplně jiná liga. Nepodsouvejte mi myšlenky, které netvrdím. Je i dost pravděpodobné, že nějaký movitý dobrodruh se svým týmem tuhletu jednosměrnou cestu podnikne, ale my se o jejím výsledku stěží dovíme (což bude značný rozdíl např. od výprav na póly).

To hlavní, co jsem chtěl sdělit, je že si myslím, že žádný masový exodus ke hvězdám nikdy nenastane. Že cesty ke hvězdám zůstanou jednosměrné a budou tudíž ekonomicky nezajímavé. A že si myslím, že většina lidí sní o cestách do vesmíru hlavně proto, že doufají, že tak utečou před problémy, které máme tady doma na Zemi (asi jako se utíkalo přes oceán do Ameriky) - ale neutečou.

Nazval jsem tyto sny o mezihvězdných cestách "fantasy, ne sci-fi", protože mi to připomíná počínání hromad lidí, co se na víkend převlékají za elfy a trpaslíky. Sice to nepovažuji za špatnou zábavu, ale je to jen zábava, skuteční elfové ani trpaslíci se z nich nikdy nestanou. A s kolonizací vesmíru to vidím úplně stejně.

Ve skutečnosti by mi bylo těch, co by se po několika generacích vrátili byť i z úspěšné mezihvězdné cesty domů, líto. Po krátké chvíli slávy by museli žít normální životy, a to by je většina lidí považovala za nevychované burany a za opice, např. protože by nebyli geneticky vylepšení a neměli by různé životně nezbytné mozkové implantáty.

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-28 21:45:29

Omlouvám se, tento příspěvek jsem chtěl zařadit spíš jako odpověď S.Ipkkisovi, i když na vás jsem reagoval částečně také.

Odpovědět


ad p. Martin Plec a lítost nad kolonisty

Pavel Brož,2013-07-28 23:35:04

Neviděl bych to tak dramaticky. Historie se bude opakovat, možná mnohem věrněji, než si dnes připouštíme. Samozřejmě že bude velké množství pochybovačů o významu extrasolární kolonie. To ale není nic nového, koneckonců už evropští vládcové se po prvních kolonizačních výpravách do Severní Ameriky velice rychle přesvědčili, že jejich ekonomický přínos je přinejmenším diskutabilní, pokud už ne přímo katastrofální. Přesto se tam (tj. ne jen do Jižní Ameriky, odkud se prvních pár desetiletí vozily tuny zlata) všichni velice aktivně cpali, protože měli oprávněné tušení, že by se tam cpát měli už jen ze strategických důvodů.

Kolonistů ochotných hledat nové životní šance v nové zemi se vždy najde hodně. A samozřejmě že nebude podmínkou, aby si na tu cestu našpórovali do vlastních prasátek, naopak, bude o ně zájem, a dost možná se vlády či bohaté společnosti budou předhánět v pobídkách nejen pro ně, ale i pro jejich příbuzné, které tady zanechají. Podmínkou fungování kolonie bude vybudování nového lidského společenství, nikoliv společenství robotů. Pokud by pokrok v umělé inteligenci vedl k vytvoření umělých bytostí, které nahradí lidstvo ve všech směrech, včetně iniciativy, kreativity, vynalézavosti a zejména adaptability, která byla úspěšně testována statisíci let vývoje lidského druhu, tak pak samozřejmě nemusíme uvažovat o posílání lidí pryč – ovšem takový scénář by s jistotou znamenal konec lidské rasy i tady na Zemi. Pokud však umělá inteligence v příštích sto letech nedosáhne takových met, tak pak je vybudování fungující lidské společnosti naprosto přirozenou součástí všech ekonomických úvah.

S nějakou lítostí nad zaostalostí případných navrátilců bych si taky nelámal hlavu. Po objevu obou Amerik se po celých několik staletí transferovali všechny technologie pouze jedním směrem, z Evropy tam, nazpět toho moc nešlo. Stejným způsobem se po několik století nahlíželo na obyvatele zámořských kolonií, ať už to byli domorodci nebo kolonisté. Dneska se naopak více technologií transportuje opačným směrem, a případný pocit nadřazenosti nad tamními obyvateli mohou dnes pěstovat už jenom hlupáci.

Samozřejmě, že není možné posuzovat ekonomiku mezihvězdných letů současnou optikou, je to totéž, jako bychom chtěli posuzovat ekonomiku letu lidí k Měsíci optikou poloviny devatenáctého století. V té době, v době parních strojů a bujícího technologického optimismu, se už našli snílci, uvažující o tom, že se lidstvo vymaní z okovů Země a vydá se k jiným planetám, ponejprve k Měsíci. Trvalo to ale dlouho, než lidstvo technologicky i ekonomicky dospělo do stavu, kdy výprava k Měsíci byla realizovatelná. Často se zmiňuje enormní nákladnost celého projektu Měsíčních letů – ve skutečnosti ale šlo o zanedbatelný zlomek ekonomického výkonu USA, o právě takový zlomek, který byl obětovatelný na oltář prestiže v ideologickém a technologickém souboji dvou tehdy největších mocností.

Dost možná se budoucnost bude opakovat mnohem věrněji, než si dnes myslíme.

Odpovědět


Je třeba trošku ujasnit pojmy

Vladimír Wagner,2013-07-28 23:38:38

Pane Plec, je třeba ujasnit pojmy. Hlavně se podívejte, co je sci-fi a fantasy. Fantasy je definována tím, že předpokládá existenci magie a nevychází se s reality. Sci-fi je založená na tom, že dělá jistou extrapolaci reality, lidského poznání a přírodních zákonitosti. A mezihvězdné lety patří do hard SF. A řekněte mi jedinou věc v tomto článku, která není založena na současných znalostech fyziky a jejich extrapolaci. A kde se předpokládá existence magie?
Magie není to, že já si myslím, že se lidstvo, pokud se mu bude dařit průběžně řešit problémy na Zemi, k meziplanetárním i mezihvězdným letům odhodlá a bude je realizovat. A že to má smysl i užitek pro lidský rod, inteligenci a civilizaci, ať už se vyvine jakkoliv.
Jednotlivý lidé i lidstvo jako celek opravdu nedělají jen věci, které jsou ekonomicky zajímavé, jak si myslíte Vy. Ale to už jsme diskutovali. Ony ani ty lety na Měsíc nebyly ekonomicky zajímavé a ekonomicky zajímavé nejsou v současnosti ani lety automatů k planetám. Přínos těchto věcí je v poznání a nepřímých dopadech způsobených rozvojem příslušných potřebných technologií.
A pochopitelně k rozvoji technologií přispívají i rozvoj iontových motorů, slunečních plachetnic, fúzních reaktorů ... A dalších technologií, které zatím příliš ekonomickou zajímavostí nejsou.
Víte, to, že máme my dva jiný názor na smysl lidského života a na společnost, je něco jiného, než budoucí principiální a technologická realizovatelnost vesmírných letů a zda se k tomu lidská společnost někdy v budoucnosti, ať více nebo méně vzdálené, k takovým letům odhodlá. Jisté je jen to, že my dva se toho nedožijeme, takže nemá smysl se sázet :-)

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-29 00:40:03

Máte pravdu, pane Wagnere, že jsem tematicky odbočil a nereagoval jen na technologie, které popisujete ve svém článku. Chtěl jsem poukázat na to, že realizace mezihvězdných letů má i jiné (stejně nebo i více důležité) aspekty než technologickou realizovatelnost, např. psychologické nebo ekonomické. Nemusíme se shodnout na tom, zda se mezihvězdné lety navzdory těmto překážkám podaří uskutečnit, ale snad se shodneme, že tyto potenciální problémy nelze hodit za hlavu.

Panu Brožovi: Dle Wikipedie (http://en.wikipedia.org/wiki/Immigration_to_the_United_States#History) překročilo do konce 18. století Atlantský oceán méně než milión lidí (nevím, zda započítávají i otroky). Až do 1. světové války imigrovalo do USA asi 30 miliónů Evropanů, do obou Amerik to mohlo být řekněme 100 miliónů. Tedy velmi malá část celé evropské populace. A máte naprostou pravdu, že severní Amerika nebyla po dlouhou dobu pro Evropu ekonomicky přínosná. Což oboje odpovídá tomu, co jsem napsal již ve svém prvním příspěvku, totiž že obyvatelé starého světa se nemohou spoléhat na to, že kolonizace nových území jejich problémy vyřeší.

Na druhou stranu, některé skupiny z ježdění sem a tam přes oceán evidentně profitovaly, jinak by ty cesty dávno přestaly a Amerika by se ponechala svému osudu. A zde právě vidím rozdíl s mezihvězdnými lety - pendlovat mezi Zemí a kolonií nepůjde, bude to moc daleko.

Ale můžeme k tomu přistoupit i pozitivně: "Well, space is there, and we're going to climb it, and the moon and the planets are there, and new hopes for knowledge and peace are there. And, therefore, as we set sail we ask God's blessing on the most hazardous and dangerous and greatest adventure on which man has ever embarked."
Huray! Bez plamenných řečí to také nepůjde :-).

Odpovědět

Mnoho laseru

Jozef Petrovský,2013-07-28 11:54:55

Plati to o slunecni plachetnici i v pripade ze bychom na ni namirili hned celou skupinu vysokovykonnych laseru? Bylo by potrebne mnozstvi laseru nerealne vysoke?

Odpovědět


Patri samozrejme pod Bussard ramjet

Jozef Petrovský,2013-07-28 11:57:57

Odpovědět


Pohon plachetnice uměle lasery

Vladimír Wagner,2013-07-28 12:25:21

Hlavní výhodou plachetnice je, že pohon je zajištěn přírodním zdrojem (Sluncem nebo v případě prostoru u exoplanet jinými hvězdami). Pokud budete pohon zajišťovat lasery, i s velice úzkým svazkem, tak s růstem vzdálenosti rostou velmi rychle ztráty energie takovým procesem. No a pak si představte, jaké budou energetické a další nároky na ty lasery. Nejen můj názor je, tato varianta není pro mezihvězdné lety ani ve velmi vzdálené budoucnosti realizovatelná.

Odpovědět


Jeste male poznamky

Jozef Petrovský,2013-07-29 14:25:07

Napadlo mne jeste ze to pole laseru by slo vyuzit opakovane. Naklady na jeden start plachetnice by tak mohli vyznamne klesnout. Taky by to slo prakticky vyuzit v slunecni soustave.
Premyslel jsem z ceho vyrobit plachtu. Idealne se mi jevi, ze teoreticky by slo vyuzit vhodny pocet vrstev grafenu plus kovova reflexni vrstva. Pri dnensni technologii je grafenova plachta utopie. Ale v bodoucnosti?
Taky mne napadlo co s mikrometeority. Sonda by mohla na palube nest nahradni plachty.
Takze bych to nevidel tak nerealne s temi "laserovymi" plachetnicemi.

Odpovědět


Rozdil je ovsem v tom, ze nemusim urychlovat

Jenda Krynický,2013-07-29 17:02:40

palivo, respektive tu jeho cast potrebnou na urychleni. A vlastne na to ani zadne palivo nepotrebuji shromazdovat, staci soustredit svetlo vyzarovane sluncem. Samozrejme, ze cim bude plachetnice dal tim bude tezsi to dostatecne soustredit a tim vetsi budou ztraty zpusobene hmotou ve slunecni soustave a v mezihvezdnem prostoru, ale s prvotnim urychlenim by to mohlo dost pomoct a vzhledem k tomu, ze prave v te dobe toho jinak urychluji nejvic, tak by to i v mnozstvi potrebneho paliva mohlo predstavovat velmi podstatny dil.

Odpovědět


Plachetnice

Vladimír Wagner,2013-07-29 17:49:20

Sluneční plachetnice může pomoci v první fázi letu, ale určitě nemůže být tím hlavním pohonem pro mezihvězdný let. Ta představa s lasery má značné zádrhele. Jednak jsou to obrovské ztráty energie při konverzi energie na energii laserového svazku. Další pak divergence laserového svazku, ta je dnes zhruba 1 mrad a nevím, o kolik se dá v budoucnu zlepšit. Prostou geometrickou úvahou se zjistí, že rozměry plachty musí být pro vzdálenosti v řádu astronomických jednotek gigantické. Nejsem na lasery expert, ale myslím, že vyřešení účinnosti převodu energie do energie laserového svazku a divergence laserového svazku je v tomto případě asi těžko představitelně řešitelná Možná by k tomu mohl někdo z laserových expertů něco dodat.

Odpovědět


ad laserová účinnost a divergence

Pavel Brož,2013-07-29 20:43:34

V žádném případě nejsem odborníkem na lasery, ale pár údajů mi uvízlo v hlavě z doby, kdy jsem se zajímal o přesná měření vzdáleností ve sluneční soustavě, mezi nimi i o měření vzdálenosti k Měsíci. Laserový paprsek vytváří na měsíčním povrchu skvrnu o průměru cca 3 km, tzn. že divergence je lepší než jedna setina mrad. Přesto všechno je to žalostně málo, protože vzdálenost k nejbližší hvězdě (nepočítáme-li Slunce) je stomilionkrát větší, než vzdálenost Země-Měsíc, tzn. že tato skvrna by tam měla průměr větší než je průměr oběžné dráhy Země kolem Slunce. Bohužel zrovna tento parametr asi nebude tak jednoduché zlepšit - pro plachtu o průměru tři kilometry by ho bylo zapotřebí zlepšit více než stomilionkrát.

Naopak s účinností laserů to dnes už není tak zlé - doby, kdy se měřila na desetiny procenta, už jsou dávno pryč, a např. kontinuální CO2 laser má účinnost kolem 20 procent, což je v daném kontextu velice uspokojivá hodnota.

Odpovědět


Ještě dotaz

Vladimír Wagner,2013-07-29 21:46:25

Díky Pavle za doplnění. Bral jsem divergenci běžných laserů. Je vidět že u speciálních aplikací lze získat už teď řádově lepší parametry. Ale ani to zdaleka nestačí. Jen pro doplnění, astronomická jednotka je skoro o tři řády větší vzdálenost než Tebou uváděná vzdálenost k Měsíci, dráha Neptunu má poloměr zhruba 50 astronomických jednotek. A to urychlování by muselo probíhat o značný kus (řádově) dále.
Ty ztráty při konverzi nejsou jen ty přímo v laseru, ale i při cestě paprsku a při jeho odrazu (i ty části, které se do plachty strefí). Nemáš představu, jaké by mohly být?

Odpovědět


Drobná oprava

Vladimír Wagner,2013-07-29 21:58:04

U té velké poloosy Neptunu jsem se překlepl, má to být 30 AU. Ale nás stejně zajímají řády, tak to není tak velký rozdíl :-)

Odpovědět


ad ztráty při cestě paprsku

Pavel Brož,2013-07-29 22:50:07

Co se týče těch dalších ztrát, tak tam si myslím, že by to nemuselo představovat takový problém, protože vesmírný prostor je pro optickou část spektra velice krásně průhledný, jenom díky tomu lze provozovat tak fascinující věci, jako pozorování miliardy světelných let vzdálené galaxie (samozřejmě patřičně velkými dalekohledy :-))

Mimochodem, tato průhlednost taky eliminuje problém s prachem - pamatuji se, když jsem jako kluk četl někdy v polovině sedmdesátých let nějakou popularizační knížku, kde se autor vyslovoval k problémům mezihvězdných letů, tak tam tehdy byl problém s prachem velice skloňován. Ve skutečnosti ale hustota prachu ve větší části naší Galaxie není tak velká, aby představovala velký problém pro mezihvězdné cestování (samozřejmě že ale v Galaxii existují i oblasti, kde tento problém významný bude).

Co si spíše myslím že větší problém bude jak garantovat, že na vzdálenost několika světelných let se laserový paprsek ani jednou "necukne"? Dnes dokážeme s bídou uvidět kotoučky největších či nejbližších hvězd, drtivá většina všech ostatních se v našich největších dalekohledech jeví stále jenom jako bodové světelné zdroje, a to přitom mají milióny kilometrů v průměru. A my bychom si troufali stabilizovat na tu vzdálenost laserový paprsek s přesností milionkrát lepší? Stačilo by sebemenší "ucuknutí" paprsku, a vzdálená loď je bez pohonu. Jakým způsobem dávat "zpětnou informaci" obsluze laseru na Zemi, když se paprsek začne odchylovat? Při vzdálenosti několika světelných let od Země bude jakákoliv korekce trvat celé roky. Jediným řešením by bylo, pokud by mezihvězdná loď uměla "manévrovat" na čele paprsku tak, aby jí tento "neutekl" zpod tlačné plachty, samozřejmě za předpokladu, že by změna jeho směru probíhala dostatečně pomalu. No nevím nevím ...

Odpovědět


Divergence laseru

Jozef Petrovský,2013-07-30 15:02:30

Tak jsem se na anglicke wikipedii dopatral k vzorci pro divergenci laseru.
V podstate jsou dulezite dve hodnoty:
1. cim mensi vlnova delka laseru tim lepe pro divergenci
2. cim vetsi optika laseru tim lepe pro divergenci
Cili Vas musim pane Brozi a Wagnere po teoreticke strance zase zklamat. Staci zvolit vhodnou velikost laseru a potom zvolit pocet laseru pokun vykon jednoho nestaci.

Odpovědět


To však má své omezení

Vladimír Wagner,2013-07-30 15:32:13

Pane Petrovský, ten vztah mezi divergencí, vlnovou délkou a průměrem svazku u laseru znám. Ovšem problém je, že jak vlnová délka tak průměr svazku a i platnost daného vztahu má svá omezení. Takže si nejsem jistý do jaké míry to změní pohled na věc a jaké jsou teoreticky dosažitelné minimální hodnoty divergence a zda postačují. Ale nejsem opravdu na lasery expert.

Odpovědět


Nechci se prit a zbytecne se hadame

Jozef Petrovský,2013-07-30 17:46:18

Pane Wagnere skuste si precist clanek na http://en.wikipedia.org/wiki/Interstellar_travel sekci o Beamed propulsion. Taky jsem nasel volne pristupne prace http://www.niac.usra.edu/studies/studies.html hledejte heslo "laser". Resime tu asi co uz bylo reseno. Nenasel jsem ze by bylo teoreticke omedzeni velikosti laseru, ale nestih jsem to prostudovat vsechno. Jinac vyse jste psal ze obmedzeni divergence laseru je 1 mrad takze jste si na vzorec evidentne nevzpomnel. I dalsi koncepty ve vasem clanku zatim nejsou realne takze argument to se neda, neobstoji. Zdravim a doufam ze se na mne nezlobite ze jsem s vami "ostre" diskutoval.

Odpovědět


Není to reálné

Pavel Brož,2013-07-30 19:30:39

Pane Petrovský, řekněte mi prosím, jak chcete ten laserový paprsek o výkonu 65 GW stabilizovat, aby v průběhu těch třech let svého provozu, pokud tedy beru v potaz tu nejméně náročnou variantu průletu tunové sondy kolem Alfa Centauri rychlostí 0,11 c, udržel požadovaný směr s přesností lepší než 3 pikoradiány? I kdyby ten laser měl délku jeden kilometr, tak by to znamenalo, že se jeho konec nesmí za tu dobu odchýlit o více než o vzdálenost cca 30 atomů. Jak toho prosím Vás chcete docílit?

Na Zemi ani Měsíci ten laser určitě nebude kvůli rotaci těchto těles (v případě Země i kvůli atmosféře). Obávám se, že myšlenka stabilizace nějakého tělesa, byť s využitím jeho rotace, volně gravitujícího v meziplanetárním prostoru, je nad veškerou pochybnost mnohem větší technologická výzva, než např. konstrukce termojaderného pohonu.

Laserový pohon si s velkou pravděpodobností najde své aplikace v meziplanetární dopravě, kde jsou nároky na stabilizaci toho paprsku o několik řádů menší, nicméně v případě mezihvězdných letů je mnohem schůdnější a nepochybuji že i ekonomičtější tahat s sebou všechno to palivo, které je sice nutné taky urychlovat, ale mj. dává té lodi autonomii svého pohybu a nevyžaduje nerealisticky přesné zacilování toho laserového svazku na vzdálenost přinejmenším desetiny světelného roku.

A to už se vůbec nerozepisuji o realističnosti toho, aby ta mezihvězdná plachetnice měla při ploše plachty deset kilometrů čtverečních celkovou hmotnost jednu tunu, viz stránky na wikipedii které zmiňujete.

Odpovědět


jenom upřesnění

Pavel Brož,2013-07-30 19:35:28

ve větě "Obávám se, že myšlenka stabilizace nějakého tělesa,..." má samozřejmě být "Obávám se, že myšlenka stabilizace nějakého tělesa s takovou přesností,..."

Odpovědět


Určitě se na Vás kvůli diskuzi nezlobím.

Vladimír Wagner,2013-07-30 21:26:18

Vážený pane Petrovský, dal jste do diskuze zajímavé téma a diskuze jsou tady, aby se názory tříbily a rozšířili jsme si všichni naše vědomosti. Takže naopak za ní děkuji. Jen bych se maličko ohradil. Netvrdil jsem, že 1 mrad je nějaká limita (ani pro současné lasery). Napsal jsem jen, že jde zhruba o hodnotu u současných laserů. Pan Brož pak upozornil, že u speciálních laserů pro využití ve vesmírných aplikacích je hodnota řádově lepší.
Podíval jsem se na Vaše odkazy, které znám i z dřivějška (tedy ne že bych četl vše, co tam je). O plachtách tam toho je hodně. Ale o těch laserech a jak řešit problémy, na které jsme s panem Brožem poukázali,tam moc není. Ale třeba jsem nenašel vše, co jsem mohl.
Jen pro představu, použijme ten vztah (jde o řády, takže bez konstant). Víme, že vlnová délka světla je necelý mikrometr (10^-6 m). Vzdálenost, na kterou bude muset laser strefit plachtu je vřádu stovek až tisíců astronomických jednotek. To znamená 10^11 km. Použijemeli plachtu s poloměrem 10 km musí být divergence nejhůře 10^-10 rad. Průměr svazku laseru by pak musel být 10 km. Ale to už je v řádu rozměru plachty a část svazku tak určitě půjde mimo (průměr svazku plus divergence). A navíc si nejsem jistý, jak takový systém může fungovat a zda pro něj příslušný zjednodušený vztah platí. A jak se s nim bude možné trefovat do objektu velikosti 20 km na vzdálenost stovek astronomických jednotek.
Připomínám, jde o šíleně zjednodušené úvahy a doufám, že jsem se někde v řádech nesekl. Takže mrkněte na to a když tak mě opravte.

Odpovědět


Stabilizace

Jozef Petrovský,2013-07-31 19:08:04

Pane Brozi nevim jak jste na tom s anglictinou ale pokud dobre tak si rozhodne prectete tuto studii: http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/4Landis.pdf
Neni tam vubec nikde napsano ze by byl problem se stabilizaci laseru. Vase neznalost stabilizace je uplne jasna. Pisete o jakychsi 30 atomech. Je rozdil 30 atomu u hrasku a u zemekoule. Skuste skakat po zemi jestli rozostrite snimek VLT. Cim vetsi laser tim lepsi stabilizace. Kdyby byl pevne upnut na mesici absolutne zadny problem. Rozhodne nic nepiste pokud si neprostudujete aspon tu studii.
A to hlavni pane Brozi vubec jste nepochopil, kdyz jsem psal o grafenove plachte. Nevim jestli jsem prvni na svete (spis ne), kdo to vymyslel ale kdyz tak jsem vymyslel teoreticky nejlepsi moznou slunecni plachetnici. Rozhodne si prectete nejaky clanek o grafenu.
I bez laseru by takova plachetnice mohla pendlovat po cele slunecni soustave za nizkych nakladu(zadne palivo). Male plachty by mohli slouzit i k manevrum treba pri Jupiterovych mesicich. A co kdyz by plachetnice mela zivotnost desitky let? No parada.

Vy Vazeny pane Wagnere jste mne svoji odpovedi potesil. Urcite jste si aspon neco precet.

Odpovědět


doplnek pro pana Broze

Jozef Petrovský,2013-07-31 19:51:14

Laser na mesici by se samozrejme natacel. Pokud myslite ze to nejde skuste si prostudovat neco o Green Bank Telescope. Stale si myslim ze pokud by byl problem tak bych o tom asi vedel, skuste dat nejaky odkaz na seriozni clanek. Jedine ze by autor vyse zminovane studie neprikladal vyznam stabilizaci laseru.

Odpovědět


Zacílení laseru

Vladimír Wagner,2013-07-31 21:08:13

Pane Petrovský, to, že se v daném článku nemluví o problémech se stabilitou zacílení laserů, ještě neznamená, že tyto problémy neexistují. Ono totiž ve Vašem odkazu o potřebných laserech a problémech s jejich konstrukcí, velikostí a stabilitou zacílení není téměř nic. Většina textu se věnuje plachtám.
Pan Brož opravdu nemá s angličtinou problémy a řekl bych, že je docela možné, že ty materiály, na které odkazujete, už dávno četl. Zkuste se zamyslet. On je podstatný rozdíl, jestli koncentrujete světlo, které dopadá na velkou plochu a nebo musíte strefit objekt o rozměru kilometrů na vzdálenost stovek astronomických jednotek svazkem, jehož dráhu po vystřelení nelze korigovat. A trefa musí být s přesností a stabilitou zaměření v pikoradiánech. Opravdu nelze srovnávat orientování a přesnost zaměření současných velkých dalekohledů či radioteleskopů s takovým úkolem. Udržovat stálé zaměření zařízení kilometrových rozměrů s přesnosti pikoradiany na rotujícím Měsíci je opravdu velmi těžko představitelné.

Odpovědět


ad pan Petrovský

Pavel Brož,2013-07-31 23:32:47

Pane Petrovský, děkuji za optání, angličtinu aktivně používám osm hodin denně, takže problém s anglickými texty opravdu nemám.

Podle Vás není nic nemožného na tom postavit laserový systém s čočkou o průměru aspoň 200 kilometrů na Zemi či Měsíci, přitom byste s ním pohyboval, abyste vyrovnával rotaci Země či Měsíce, a chtěl, aby ten laserový paprsek byl stabilizován v prostoru s přesností lepší než 3 pikorady (což odpovídá těm 30 atomům na kilometr)? Máte prosím Vás představu o amplitudách a četnostech zemětřesení a lunotřesení? Tušíte vůbec, že existují slapové síly, v důsledku kterých se např. zemský globus deformuje o cca 80 cm s periodou 12 hodin? Myslíte si, že tyto deformace jsou hladké a předvídatelné? Víte o tom, že každé cca 3 vteřiny se např. severoamerický a evropský kontinent od sebe vzdálí právě o těch 30 atomů vodíku, samozřejmě opět ne rovnoměrnou rychlostí? Píšete: „Zkuste skákat po zemi, jestli rozostříte snímek VLT“ – takže podle Vás je problém sběru světelných vln přicházejících ze vzdálených hvězd ekvivalentní problému trefit se na vzdálenost nejméně biliónu kilometrů s přesností 3 kilometry? Načtěte si prosím něco o optice a světelných vlnách, zjistíte pak, proč se obrázek miliard světelných let vzdálených galaxií nerozostří ani když se během expozice to zrcadlo třese s amplitudou i desettisíckrát větší, než je těch zmiňovaných 30 atomů.

Zkrátka – problém pozorování nejvzdálenějších končin vesmíru s pomocí největších teleskopů není s problémem stabilizace laserového svazku s požadovanou přesností 3 pikorady souměřitelný ani vzdáleně, protože sběr světelných vln a zaměřování laserového paprsku jsou totiž dva naprosto odlišné fyzikální fenomény.

Co se týče toho grafenu, víte o tom, že potřebujete aspoň 30 grafenových vrstev, abyste dosáhl aspoň padesátiprocentní využití energie dopadajícího paprsku? U plachty s plochou 10 km čtverečních by sama tato plachta vážila 230 kg, a to vůbec nepočítám potřebnou infrastrukturu, jako jsou třeba vlákna kotvící sondu k plachtě. Ve skutečnosti se dá očekávat, že v důsledku nezbytných dodatečných úprav (v důsledku optimalizace mnoha potřebných parametrů, jako je např. reflexivita, různá mechanická udělátka potřebná pro manipulaci s plachtou např. kvůli event. korekcím, atd. atd.) tato hodnota vzroste na několikanásobek, takže potom je opravdu na místě se ptát, zda je celková hmotnost 1 tuna pro sondu plus plachtu o ploše deset kilometrů čtverečních reálně dosáhnutelná hodnota nebo ne. Osobně si myslím, že při té tuně hmotnosti by tam ta plachta kromě sama sebe už nedokázala žádný rozumný náklad dopravit.

Takže pane Petrovský, angličtinu stejně jako já sice zvládáte, s těmi základními zde nezbytnými optickými a geofyzikálními fakty jste se ale opravdu nepředvedl ... Rozhodně nic nepište, dokud si nedoplníte aspoň tyto základní informace – nic ve zlém :-)

Odpovědět


Bohuzel jsem zase nucen odpovedet

Jozef Petrovský,2013-08-01 18:43:01

Pane Brozi:

Tak s tim snimkem VLT jsem prestrelil uznavam. Vesmirne objekty jsou obrovske takze dalekohled se muze trast. Ale preformuluji to pohl by se velky laser na mesici kdyz bych tam ja zacal poskakovat? Odpoved je temer vubec se nepohl. Nemelo by to vliv na zacileni.
Bohuzel jste ale zase ukazal ze teoreticke fyzice nerozumite. Vase argumenty ze to v realu nejde tak lehce jsou spravne. Ale jenom to. Ja bych tak zkritizovat klidne mohl mnoho veci v puvodnim clanku ale nebudu to delat protoze si vazim ze pan Wagner takove clanky pise.
Takze predpokladejme ze sme vyspela civilizace a podari se nam laser zkonstruovat a umistit na mesici s prislusnym mechanizmem. Na 1 km to dela 30 atomu ale na polomer mesice 3 mikrometry. Strojari bezne meri v mikrometrech, muzete si to overit. Je tedy realne takovy mechanizmus teoreticky skonstruovat.
Je pravda ze je mnoho zemetreseni ale kolik jich je treba na uzemi CR aby pohla laser o 3 mikrometry a to se ptam zjednodusene? Velmi malo. Na mesici temer zadne protoze ma vazanou rotaci. Na mesici taky neni zadny vlyv atmosfery.
S temi 80 cm zase nemate pravdu, skuste deformovat kruznici s prumerem 12000km o 1 metr. Uhlova vychylka temer zadna. Slapove sily na Mesici temer zadne. Vasich 30 atomu u kontinentu zase nic protoze by se museli pohybovat 6000 krat rychleji(polomer zeme je 6000 krat vetsi nez jeden kilometr). A na mesici se zadne kontinenty nepohybuji.

Moji plachetnici kritizujete zbytecne, neni co kritizovat. Je to nejlepsi mozna plachetnice ktera jde teoreticky zkonstruovat. Lanka by tez slo zkonstruovat z takzvanych uhlikovych nanotrubicek coz je tez extremne lehky a odolny material.
Co se tyce nakladu plachetnice slo by udelat plachetnici pomalsi a s vetsim uzitecnym zatizenim. S temi vrstvami grafenu se nemylite je jich skutecne treba vicero. Ale to jsem psal uz vyse a asi ste na to zapomel.

Pane Brozi doporucuji Vam se se mnou nehadat, protoze fyzika je mou srdcovou zalezitosti.

Vam pane Wagnere doufam staci reakce na pana Broze.

Stale je muj dojem ze by se to v studii objevilo. Je to muj dojem.

Odpovědět


Velika omluva panu Brozovi a Wagnerovi

Jozef Petrovský,2013-08-01 19:33:52

Omluvam se vam, udelal jsem neuveritelnou chybu. Platili by moje vypocty jenom kdyby byl laser velikosti porovnatelny s Mesicem nebo Zemi. Ale to o klidu na Mesici je pravda.
Otacivy mechanizmus by musel byt mnohem presnejsi, jak psal pan Broz a to 30 atomu na kilometr otaciveho mechanizmu. Takze bohuzel by to slo jedine asi teoreticky.

Velice velice se omluvam napsal jsem to v casovem stresu.

Odpovědět


Teorie laseru znova

Jozef Petrovský,2013-08-01 20:56:58

Aby v tom nebyl gulas tak jsem to sepsal znova. Muj prispevek vyse s nazvem
"Bohuzel jsem zase nucen odpovedet" povazujte za bezpredmetny.

Pane Brozi:

Tak s tim snimkem VLT jsem prestrelil uznavam. Vesmirne objekty jsou obrovske takze dalekohled se muze trast. Ale preformuluji to pohl by se velky laser na Mesici kdyz bych tam ja zacal poskakovat? Odpoved je temer vubec se nepohl. Nemelo by to vliv na zacileni.
Bohuzel jste ale zase ukazal ze delate chyby. Vase argumenty ze to v realu nejde tak lehce jsou spravne. Ale jenom to. Ja bych tak zkritizovat klidne mohl mnoho veci v puvodnim clanku ale nebudu to delat protoze si vazim ze pan Wagner takove clanky pise.
Takze predpokladejme ze sme vyspela civilizace a podari se nam laser zkonstruovat a umistit na mesici s prislusnym otacivym mechanizmem. Na 1 km mechanizmu to dela 30 atomu takze by to slo jenom asi teoreticky. Predpokladejme ze podstavec laseru je pevne spojen s Mesicem nebo Zemi a otacivy mechanizmus je tuhy a jenom se nataci.
Je pravda ze je mnoho zemetreseni ale kolik jich je treba na uzemi CR aby pohla laser o 10 mikrometru (6000 krat vice nez jeden kilometr) a to se ptam zjednodusene? Velmi malo(tady si nejsem jist). Na mesici temer zadne protoze ma vazanou rotaci. Na mesici taky neni zadny vlyv atmosfery.
S temi 80 cm zase nemate pravdu, skuste deformovat kruznici s prumerem 12000km o 1 metr. Uhlova vychylka temer zadna. Slapove sily na Mesici temer zadne. Vasich 30 atomu u kontinentu zase nic protoze by se museli pohybovat 6000 krat rychleji(polomer zeme je 6000 krat vetsi nez jeden kilometr). A na mesici se zadne kontinenty nepohybuji.

Moji plachetnici kritizujete zbytecne, neni co kritizovat. Je to nejlepsi mozna plachetnice ktera jde teoreticky zkonstruovat. Lanka by tez slo zkonstruovat z takzvanych uhlikovych nanotrubicek coz je tez extremne lehky a odolny material.
Co se tyce nakladu plachetnice slo by udelat plachetnici pomalsi a s vetsim uzitecnym zatizenim. S temi vrstvami grafenu se nemylite je jich skutecne treba vicero. Ale to jsem psal uz vyse a asi ste na to zapomel.

Pane Brozi doporucuji Vam se se mnou nehadat, protoze fyzika je mou srdcovou zalezitosti. Uznavam ze i ja delam chyby ale umim si to priznat.

Vam pane Wagnere doufam staci reakce na pana Broze, uznavam ze laser je urcite zatim jenom teorii.

Doufam ze ted je to bez chyb. Muzete mi klidne odporovat dale ale jenom kdyz jsem udelal chybu v teorii. Rad se necham poucit.

Odpovědět


Trošku klidu, nadhledu

Vladimír Wagner,2013-08-01 22:14:36

a přemýšlení do diskuze. Takže pane Petrovský. Pár né úplně drobných oprav k Vašemu příspěvku:
1) Lunotřesení jsou stovky ročně, většina pochází ze slapových jevů další část z dopadů meteoritů (na Měsíci není atmosféra).
2) Slapové síly mají na Měsíci velký vliv (Země je hmotnější než Měsíc a ani vázaná rotace tomu nezabrání).
3) To, co jsme se Vám s panem Brožem snažili hlavně vysvětlit, je to, že zaznamenání a analýza vlnoplochy přicházející ze vzdáleného objektu je něco diametrálně odlišného než trefa paprskem objektu o rozměrech desítky km na vzdálenost stovek AU.
4) Při slapech se třeba obvod LHC mění při délce 26 km o 1 mm a to je sakra více než pořadovaná stabilita.
5) Víte, tím vypočtem požadovaného průměru laseru z požadované divergence jsem Vám chtěl ukázat, že zde se už naráží na teoretické limity a ne limity technologické.

Odpovědět


ad pan Petrovský - další Vaše omyly

Pavel Brož,2013-08-01 23:16:30

Pane Petrovský, skoro nevím, kde s vyvracením Vašich omylů začít, viz následující:

Ad Vaše tvrzení „Slapové síly na Měsíci téměř žádné“. Mimochodem, Měsíc je slapovými silami Země deformován o cca 40 cm. Slapové zrychlení vytvářené působením Země na Měsíc je cca 22 krát větší, než slapové zrychlení vytvářené působením Měsíce na Zemi (nicméně ani slapové zrychlení vytvářené působením Slunce není zanedbatelné, a navíc není umenšeno vázanou rotací Měsíce kolem Země). Bez ohledu na vázanou rotaci Měsíce kolem Země (ta mimochodem není dokonalá, protože Měsíc se při svém oběhu kolem Země „kolíbá“) tyto slapové síly generují měřitelná hlubinná lunotřesení, a to několik set za rok, a to jsou jenom ta lunotřesení, které tam naměřily seismografy umístěné v rámci programu Apollo, které tam sbíraly data až osm let. Amplituda těchto lunotřesení byla o mnoho řádů větší než je diskutovaná potřeba stabilizace toho laseru (30 atomů na kilometr délky laseru), protože seismografy tak drobné výchylky jednoduše registrovat vůbec neumí, registrují typicky zemětřesení od prvního stupně Richterovy škály výše (existují přístroje, které samozřejmě nemají problém s měřením zemětřesení třeba stokrát slabších než je první stupeň Richterovy škály, ale takové tam v rámci programu Apollo zcela určitě nevezli). Typická hloubka epicenter těchto lunotřesení byla 700 až 1000 km, tzn. že nevyhnutelně zasahovala šířícími se seismickými vlnami obrovské oblasti. Tento druh seismických otřesů pro zařízení kilometrového rozměru neodizolujete vůbec nijak – to není jako když ve vedlejším pokoji spadne těžká police s knihami, to je vlna, která rozkmitá na několik vteřin oblast o průměru stovek kilometrů, a to rozhodně o několik řádů více, než je těch 30 atomů.

Ad Vaše tvrzení „Zkuste deformovat kružnici s průměrem 12000 km o 1 metr. Úhlová výchylka téměř žádná“. Pomocí velice jednoduchých vztahů lze odvodit, že ta úhlová odchylka při deformaci kružnice s průměrem 12000 km o 1 metr činí až 83 nanoradiánů, což je 27 tisíckrát větší odchylka, než požadované 3 pikoradiány, takže v žádném případě ne zanedbatelná.

Těch 30 atomů u pohybu kontinentů jsem použil na ukázání toho, že Země není absolutně tuhé těleso, ale že se neustále deformuje v mnoha směrech, takže pakliže-li chceme měřit prostorovou polohu kilometrového zařízení (ve skutečnosti mnohem většího, protože jenom čočka by musela mít průměr nejméně 200 km) s přesností na 30 atomů, tak pak musíme počítat úplně se vším, včetně pohybů kontinentů. Přidáním otáčivého mechanismu nezbytného kvůli rotaci Země či Měsíce se složitost celého problému samozřejmě zmnohanásobí. Měsíc sice nemá deskovou tektoniku, nicméně deformace jeho tělesa v důsledku slapových sil působených Zemí jsou pouze jiným takovým příkladem deformačních pohybů, které při požadované přesnosti měření rozhodně nelze zanedbat. Tyto pohyby přitom neprobíhají hladce a nejdou dopředu předkalkulovat, protože se projevují právě oněmi lunotřeseními.

Mimochodem, co se týče četnosti zemetřesení v ČR, tak např. v Západních Čechách najdete naměřili za poslední 3 měsíce 67 epicenter v hloubkách 1-30 km s intenzitou od -1 do 1,9 magnitudo – všechno tato zemětřesení by pohla oní laserem o rozhodně více než oněch 10 mikrometrů, protože jinak by nebyla vůbec zaznamenána:
http://www.ig.cas.cz/struktura/observatore/zapadoceska-seismicka-sit-webnet/mapa-ohnisek

Takže pane Petrovský, fyzika je dle Vašich slov Vaše srdcová záležitost, nicméně s optikou (viz Vaše dřívější srovnávání dvou diametrálně odlišných optických fenoménů), středoškolskou fyzikou (odhad slapových sil), a také se středoškolskou geometrií (neschopnost jednoduše odvodit úhlovou odchylku při deformaci kružnice) jste nad jakoukoliv pochybnost dost hodně na štíru. Je mi líto, nevím, jak to diplomatičtěji popsat.

Odpovědět


ad Vladimír Wagner - děkuji :-)

Pavel Brož,2013-08-01 23:29:30

Vladimíre, děkuji za doplnění, opět jsem svůj příspěvek dotláskal později, a pak mi ho bylo líto zde nevložit :-) Děkuji moc za výborný článek a těším se na další, opět si ho rád přečtu, vždy se dozvím hodně nových věcí.

Tady v této diskuzi už nebudu pokračovat, ne snad proto, že bych rezignoval v diskuzi s panem Petrovským, ale potřebuji zafinišovat s jedním projektem do práce. Ostatně, jak vidím, naše protiargumenty k tezím pana Petrovského se z valné části překrývaly, takže evidentně máme na tu věc se zacilováním laserů do vzdálenosti desetiny světelného roku stejný názor :-)

Přeji hezký večer!

Odpovědět


Ospravedlneni + dalsi vylepseni grafenove plachty

Jozef Petrovský,2013-08-02 01:20:19

Tak priznavam mel jsem malo casu podivat se na ta lunotreseni, slapove sily a dalsi veci. Jenom jsem odhadoval a zmylil jsem se. Myslel jsem hlavne ze autor te studie by tam urcite dal i zapory nejenom klady.

Napadlo mne ze takova jednoducha vec ze tenka grafenova vrstva by mohla byt ponorena do roztoku vodou redene organicke latky a pres ty sestiuhelnikove otvory by se organicka latka spojila z obou stran. Barva nejlepe bila. Potom by se to dalo vysusit. Vznikla by tak reflexni vrstva. Ale to je jenom hruby navrh a mozna hloupost. Ja myslim vzdy na to jak to udelat a kde je problem.

Jinac nechci rypat, ale to moje vlakno se jmenuje mnoho laseru. Kdyby se realizovala tato moznost tak teoreticky by to slo, i kdyz by bylo potreba nerealne moc laseru. Ale to berte jako vtip:-)

Odpovědět


Díky za diskuzi

Vladimír Wagner,2013-08-02 18:41:09

U využití "mnoha laserů" je problém, že zacílení mnoha laserů nebude o nic jednodušší problém než zacílení jednoho laseru. V každém případě děkuji pane Petrovský za zajímavé téma k diskuzi, během které jsme se dotkli řady opravdu zajímavých problémů. A intenzivní diskuzi, ta je vždy přínosem.
Jak jsem říkal, nejsem expert na lasery, ale pokud se tématu někdo povolanější nechopí, tak třeba, až budu mít čas se na různé související problémy pořádně podívat a trochu si to i spočítat, tak třeba něco o meziplanetárních plachetnicích zkusím napsat.

Odpovědět


přidávám se k poděkování za diskuzi

Pavel Brož,2013-08-02 19:32:06

Sice jsme se s panem Petrovským trošičku pošťuchovali, ale to téma bylo zajímavé. Čas od času doučuji vysokoškolskou matematiku nebo fyziku, a musím říct stejně jako pan Wagner, že nejlepší nápady se rodí z podobných diskuzí. Studentům často chybí zajímavý kontext pro látku, kterou se učí, nemají pak motivaci nad ní přemýšlet, jakmile vyjdou z přednáškové haly, a právě z takovýchto diskuzí je možné vytěžit množství atraktivních příkladů.

Odpovědět


Vysvetleni pro pana Wagnera

Jozef Petrovský,2013-08-03 01:03:04

Ja jsem asi nekdy prilis strucny. Myslel jsem to tak ze bych slevil z pozadavku na rychlost jenom 0,01c, a ze bych mel k dipozici vice elektraren a vice laseru. Tak bych pouzil zamerne horsi rozbihavost paprsku a tim bych eliminoval problem zacileni.
Pokud se chcete aspon strucne dozvedet neco vic tak si prectete odseky ktere vas zaujmou z teto studie http://www.niac.usra.edu/files/studies/final_report/597Kare.pdf .
Me zaujal odsek Technology Roadmap na konci. A potom jsem to prelouskal vsechno.
Jinac v studii se uvadi ze optika by mela byt rozhodne ve vesmiru a laser samotny bud na zemi nebo ve vesmiru. Na konci autor uvadi ze slozitost se da porovnat s problemem pohonu na antihmotu. Muj osobni nazor je ze je to o trochu realnejsi nez antihmota.

Odpovědět

Nepozdáva sa mi jedno tvrdenie

Peter Švoňavský,2013-07-27 12:24:29

Nepozdáva sa mi tvrdenie:
"Čím větší je planeta a čím blíže je své hvězdě, tím je i větší pokles jasnosti."
Tedä časť z nej:
"čím blíže je své hvězdě, tím je i větší pokles jasnosti"
Nemalo by to byť naopak?

Odpovědět


Díky moc za upozornění.

Vladimír Wagner,2013-07-27 13:48:25

Správná formulace je: "Čím větší je planeta a čím dále je od své hvězdy, tím je pokles větší. Ono, jak je to hodně dlouhý článek a jak jsem řadu věcí různě přeformulovával, tak jsem se dopustil i takových nešťastných kopanců. Ještě, že mám tak pozorné čtenáře, jako je pan Petr Švoňavský, ještě jednou díky. Poprosím redakci o opravu. Jinak situace je jasná z prosté geometrie, jak na to hned přišel právě pan Švoňavský.

Odpovědět

S Ipkkis,2013-07-27 12:09:08

podla mojho nazoru sa pan Martin Plec trosku mili pretoze ekonomicky to bude vyhodne ked zvladneme niektore prekazky uz aj dnes zacinaju vznikat projekty aj ked su asi zatial len teoreticke na tazbu surovyn s asteroidou a nasledne isto aj tazba a osidlovanie planet v nasej slnecnej sustave kvoli rozsireniu vplivu a moci presne ako to bolo pocas kolonizacie ameriky. A dalsim vyvojom si myslim ze budeme pokracovat aj k inym systemom

Odpovědět

Bussard ramjet

Jozef Petrovský,2013-07-27 11:49:55

Vazeny pane Wagnere, nezapomel jste na pohon Bussard ramjet? Pripadne na slunecni plachetnici?

Odpovědět


Bussardův kolektor a sluneční plachetnice

Vladimír Wagner,2013-07-27 19:36:58

Zmínka o Bussardově kolektoru je v tom zmiňovaném dřívějším přehledu. Problém je, že hustota mezihvězdného vodíku je mnohem nižší, než se myslelo před tím více než půl stoletím. Navíc se jedná čistě o protony, u kterých je termojaderná fúze jen velmi těžko dosažitelná. Sice se uvažuje, že by pomohlo využití CNO cyklu, ale jak a jestli to lze i ve velmi vzdálené budoucnosti uskutečnit, je velmi nejisté. Pro první lety k nejbližším hvězdám to však téměř určitě nebude. To je důvod, proč se v tomto článku o této zatím sci-fi technologii nezmiňoval.
Sluneční plachetnice je jiný případ. Malé testovali jak Japonci tak Američané.NASA teď chystá mnohem větší exemplář. Pro využití v rozumné vzdálenosti od Slunce to nejspíše bude velice efektivní zařízení. Ovšem využití pro mezihvězdné lety už je asi mimo realitu.
Sluneční plachetnice a využití gravitačního praku by se však mohlo využít pro předurychlení před opuštěním Sluneční soustavy nebo zvýšení rychlosti průletem kolem blízké hvězdy. Ale v každém případě jsou to v případě mezihvězdných letů jen velmi doplňující nástroje.

Odpovědět

Malá aktualita

Vladimír Wagner,2013-07-26 23:27:12

Právě v současné době oznámila National Nuclear Laboratory (Velká Británie), že se ji podařilo zajistit efektivní separaci americia od plutonia z jaderného odpadu a připravit tak cestu k produkci radioizotopových generátorů pro ESA založených na americiu 241. Tento izotop má poločas rozpadu 242 dní. Bude tak sice těžší, ale zase bude jeho výkon klesat pomaleji. Důležité je, že použitý radioizotop je významně obsažen ve vyhořelém jaderném palivu a při vyřešení jeho separace z něj nebude problém získat jeho dostatečné množství. Projekt tak dostal od ESA další podporu i finanční a zvyšuje se šance, že bude mít ESA své vlastní RTG zdroje.

Odpovědět

dojem

Jergy jergy2,2013-07-26 19:00:50

takze tak ci onak, se obdobě stredoveku pri expanzi do vesmiru nevyhneme. clovek by ani nerekl, ze i evoluce muze byt relativni.

Odpovědět

Nepříliš optimistické vyhlídky pro lidstvo

Jaroslav Santner,2013-07-26 16:47:07

Na druhou stranu ale člověk zase pochopí, proč se to kolem nás nehemží sondami z jiných hvězdných systémů. Zřejmě všechny současné vesmírné civilizace ještě stále pracují na reaktivních pohonech, které nás ani je nemohou přesunout ze špatného bodu A do dobrého bodu B jako celek (tím myslím lidstvo). On možná ani takový přesun není možný, protože hmota ve Vesmíru se může na velké vzdálenosti pohybovat pouze rozpínáním nebo smršťováním. Ty ostatní pohyby jsou vlastně jenom nepatrné oscilace kolem rovnovážné polohy. Pravda, dají se zaznamenat výtrysky hmoty na vzdálenosti desítek, ba i stovek LY, ale tam se zase pracuje s energiemi vylučujícími přežití něčeho tak chatrného, jako je živá hmota. Nezbývá nám asi opravdu nic jiného, pokud o sobě chceme dát vědět, že toho našeho trpaslíka donutíme blikat morseovkou SOS a třeba si toho někdo všimne. Jen abychom z té odpovědi nebyli ještě smutnější.

Odpovědět

Když něco nepřiletí nás sklidit zmutovat či dez

Josef Hrncirik,2013-07-26 15:15:42

infikovat

Odpovědět

Pokracovani

Petr Vana,2013-07-26 15:12:58

Problém je úplně někde jinde...Pro pohyb ve vesmíru se musí používat reaktivní pohon (raketový motor)...To znamená, musím mít kromě enerige/paliva ještě pohonou látku...Tato látka navyšuje ohromně hmotnost sondy na tisíce tun...

Odpovědět


Máte i nemáte pravdu

Vladimír Wagner,2013-07-26 17:24:58

Vše závisí na typu motoru. Jestliže se jedná o iontový motor, který má jako radioizotopový zdroj nebo jaderný reaktor, tak je to pravda. V tom případě kromě paliva v radioizotopovém zdroji nebo reaktoru musíte mít dostatečnou hmotnost media (například zmiňovaného xenonu), z kterého vytváříte plazmu, která je urychlována.
Jiná situace je třeba u zmiňovaného termojaderného pohonu na základě mikrovýbuchů nebo anihilačního pohonu. V tom případě je proud vyvrhovaný tryskou tvořený samotným palivem (tedy tím, v co se přemění), stejně, jako je tomu u klasických chemických raketových motorů.

Odpovědět

Moc hezky clanek.

Petr Vana,2013-07-26 15:07:37

Je to moc hezky napsaný článek, který se zabývá praktickými aspekty experimentu.
Nicméně jsou zajímavé i teoretické aspekty podpořené výpočty, a ty jsou celkem jednoduché a nemusíme ještě vůbec uvažovat relativisticky. Jde zejména o to, jakou celkovou energii musíme tělesu dodat, pokud je budeme urychlovat na 0.2 násobek rychlosti světla, při (zanedbani hmotnosti paliva, jako že máme k dispozici idealni pohon). Ta energie je dána jednoduchý vztahem E = 1/2 mv^2 = 1/2 * 1000 kg * ( 0.2 * 300 000 000 m/s)^2 = 1.8 *10^18 Jaulu = cca 500TWh. (Když tak mně opravte). Je vhodné počítat i s tím, že loď se bude i zpomalovat..Takže půlku letu zrychlujeme a půlku zpomalujeme...Takže potřebujeme dvojnasobek cca 1000Twh.
1000TWh to je hodnota elektrická energie, která se v Česku vyrobí za cca 100 let. Nicméně je tato hodnota menší než celková vyrobená energie na celé Zemi za rok.
/Zájemce může porovnat s explozí při jaderném výbuchu.../
Co z toho plyne:
1) Využití antihmoty pro let je vzásadě možné a jsme schopni za rok teoreticky vyrobit dostatek antihmoty potřebné k urychlení lodě. Jen je třeba vymyslet tu technicou realizaci s lepší efektivitou. A té anihmoty určitě nemusí byt v tunách...ale v gramech!!!! viz E=mc^2 ...10^19/10^17 = cca 100g.
2) Celkem jednoduché je vypočítat i zrychleni které musíme lodi udělit... a = t/v = 20 let / 0.2*c ...mne to vyšlo po převodu jednotek 0.23m/s^2...Takže taky pohoda....

Odpovědět


Přepočet

Jiří Kocurek,2013-07-26 17:48:39

Výpočet nutné energie v Joulech je OK ale převod 500 TWh bych opravil na 500.000 TWh. Roční výroba el. energie v Temelíně je cca 13 TWh, v celé ČR 87 TWh (dle ERÚ). Celosvětově okolo 15.000 TWh. Takže asi 30 let.

Odpovědět


Poznámky k výpočtu

Vladimír Wagner,2013-07-26 18:48:25

Musím se zastat pana Petra Vani, i převod na TWh má správně. Tera je totiž 10^12 a hodina má 3600 s. Budu mít jen hnidopišskou poznámku, že výpočet kinetické energie by měl být při relativistických rychlostech být počítán relativistickým vztahem. Ale i při rychlosti 0,2c je rozdíl pořád velmi malý, jen 3 %. A nám jde o řády a tak přesnost klasického vzorce v našem případě stačí. I u studenta při cvičení bych to uznal za OK, jen bych ho požádal, ať relativistickým výpočtem rozdíl ověří :-)
Takže vezměme, že panu Vanovi vyšla potřebná kinetická energie 10^6 TJ. Problém je, že loď by opravdu nemohla být jen tunová. Icarus v minimální variantě počítá s hmotností 3000 tun (motory, vybavení, ochrany přístrojů, zajištění komunikace ...). Samotná výzkumná sonda (vědecký náklad) pak má sice jen 2 tuny, ale bez toho předchozího se opravdu neobejdeme. Předpokládejme úspory tím, že pro antihmotu (je jí míň než paliva pro fúzní motor) a zaokrouhleme to na 1000 tun (není ovšem vůbec jisté, že zařízení na skladování antihmoty nebude náročnější). Dostali jsme se k 10^9 TJ. Veškerá energie v antihmotě a hmotě, které anihilují se ovšem nepřevede na kinetickou energii lodě. Jestliže vezmu efektivitu zhruba 0,1, tak je to asi hodně nadsazené. A dostáváme se k 10^10 TJ. Vezměme tu hodně vylepšenou efektivitu produkce antihmoty a jsme u v článku uvedených 10^14 TJ. Ale je třeba zdůraznit, že je spousta různých ztrát zanedbána a reálné číslo by vycházelo jistě větší.
Co se týká hmotnosti, tak tam má pan Vana chybu. Má být 10 kg u něj (10^18 J/ 10^17 m^2s^-2) = 10 kg. V případě lodě 1000 tun se započtením efektivity 0,1 je pak potřeba o čtyři řády více, tedy anihilace 100 tun hmoty a antihmoty.
Ale pořád musím zdůraznit, že je zde vždy hodně zanedbaných jevů a ztrát, takže jde o dolní odhad. Doufám, že jsem se někde nesekl. Když tak mě opravte a odpusťte.

Odpovědět


Jen pár poznámek

Vladimír Wagner,2013-07-26 22:46:34

Víte, pane Plec, možná Vy ne, ale já přece jen považuji za pro mě důležitější, aby v budoucnu přežilo lidstvo, než nějaké specifické bakterie, kvasinky, hmyzáci a i ti delfíni. (Pozor, pro ty, kteří to správně nepochopili, za důležitou považuji ochranu přírody i každého nejen živočišného druhu.) Mám k tomu dva hlavní důvody:
1) Jsem člověk, a tak mi je přežití lidstva opravdu bližší
2) Z toho, co jste vyjmenoval, je člověk jedinou inteligentní bytostí, která si uvědomuje existencí vesmíru a snaží se ho zkoumat a poznávat. A alespoň zatím se zdá, že se může stát, že je i jediná (! zdůrazňuji, že pochopitelně nevíme, jestli je opravdu tomu tak !). A existenci inteligence, která zkoumá vesmír, považují za hodně vysokou hodnotu.

Kolonizace, kterou popisuji, není Noemovou Archou, útěkem před katastrofou, ale rozšíření počtu osídlených míst. Ti, kteří zůstávají na Zemi, nejsou ohroženi (alespoň zpočátku jsou určitě na tom lépe než osídlenci) a ti, kteří osidlují nová místa jsou jejích potomci a příbuzní. Jinak, je spousta dějů a akcí, kterých se 99,99 % lidí nemůže osobně zúčastnit a přesto je zajímají.

To, co říká pan Jelínek, přesně říká poslední věta článku. Opravdu nikdo nemůže říct, jak bude společnost vypadat za sto čí tisíc let a s časovou vzdáleností se pravděpodobnost, že něco rozumného předpoví, velice rychle snižuje. A těžko se dá říci, kdo budou naši praprapra...potomci, a klidně to mohou být inteligentní stroje či něco úplně jiného, co bude produktem dlouhodobého vývoje inteligence, kterého jsme součástí.

Odpovědět


Špatně umístěná reakce

Vladimír Wagner,2013-07-27 09:16:57

Tu reakci na diskuzi s panem Martinem Plecem se mi povedlo umístit úplně špatně. Má výt o kus dále :-)

Odpovědět


Výpočty

Marek Šarmír,2013-07-27 12:29:41

Doplnil by som to čo napísal p. Vana. Tých 500 TWh mu vyšlo správne, hoci pri vypočtoch cez relativistické vzorce to vychádza cca 6x viac okolo 3 PWh (peta 10^15 Wh). Treba si však uvedomiť jednu vec, a to, že aby sme urýchlili raketu na 0,2 násobok rýchlosti svetla musíme tú energiu 3 PWh dodať za jednu hodinu a len v tom prípade nám bude trvať cesta k hviezde vzdialenej 4 svetelné roky 20 rokov. Ak vyrátame zrýchlenie v tomto prípade, t.j. a = v/t = 60 000 000 m.s-1/ 3600 s = 16 666 m.s-2 = 16,666 km.s-2. Pre niektoré slabšie povahy by to mohlo byť osudné ;) Dajme tomu, že dlhodobo by sa dalo vydržať 2g, čo je 2x10 m.s-2 = 20 m.s-2. Potom by bol výpočet nasledovný t= v/a = 60 000 000/20 = 3.10^6 s = cca 833 h, t.j. cca 35 dní. Pri zrýchlení 1g, by to bol dvojnásobok: 70 dní. Čiže celkový čas by sa natiahol na 20 rokov plus pár dní, nie však celých 35, pretože aj pri zrýchlení prejde lod nejaký úsek cesty.

Ak som sa niekde pomýlil, poprosím o doplnenie, prípadne opravu.

Odpovědět


Doplnenie

Marek Šarmír,2013-07-27 12:32:47

Zabudol som uviesť, že na spomalenie lode by bolo treba tiež tých 35, prípadne 70 dní ak by to všetci chceli prežiť bez ujmy na zdraví.

Odpovědět


Doplnenie 2

Marek Šarmír,2013-07-27 13:19:11

Ešte jedna vec. Povedzme, že máme pohon, ktorý dokáže dodať 3 GWh a všetka táto energia sa premení na kinetickú energiu lode. Čas, ktorý by bol potrebný pre dosiahnutie rýchlosti 0,2c, by bol nasledovný. 3.10^15/3.10^9 = 1.10^6 hodín čo je cca 41 667 dní, t.j. cca 114 rokov aj niečo. Neviem nakolko sú reálne zdroje energie o velkosti desiatok či stoviek GW pri súčasných technológiách a ešte jedna podstatná vec čo si treba uvedomiť je, že sa stále jedná o teleso s hmotnosťou 1000 kg, čo je relatívne málo.

Odpovědět


Oprava

Marek Šarmír,2013-07-27 15:18:09

Nakoniec sa musím opraviť sám, nakolko som spravil velkú chybu vo výpočte, ked som vo vzorci kde má byť v^2/c^2 počítal bez umocnenia, čiže v/c. Takže po oprave to vychádza, že treba dodať celkovú energiu 1,855.10^18 J čo je cca 515 TWh a to je iba o niečo viac ako písal pán Vana. Za chybu sa ospravedlňujem.

Dalej musím opraviť prepočet, ktorý som uviedol v druhom doplnení. Čas, ktorý by bol potrebný pre dosiahnutie rýchlosti 0,2c pri 3 GWh zdroji, by bol nasledovný. 515.10^12/3.10^9 = 172.10^3 hodín čo je cca 7 167 dní, t.j. cca necelých 20 rokov.

Odpovědět


Člověk se sekne lehce,

Vladimír Wagner,2013-07-27 19:00:30

Odpovědět


... mě se to stává docela často.

Vladimír Wagner,2013-07-27 19:06:28

S tou kinetickou energií je tak pro rychlost 0,2c rozdíl mezi klasickým a relativistickým výpočtem zhruba ty 3 % jak jsem psal. K násobkům se ty rozdíly dostanou až u rychlostí přes 0,85c. Jak jsem předpokládal, tak se pan Marek Šamir opravil brzy sám.

Odpovědět


Marek Šarmír,2013-07-27 19:25:33

No ono to je tým, že chcem vždy všetko rýchlo napísať a potom spravím takúto velkú chybu. To bude asi vekom. Inak tak pekne som si tu diskutoval sám so sebou a vy ste mi to teraz pokazili :) Ked už ste mi tu do toho tak neospravedlnitelne zasiahli :) , chcel by som sa vám podakovať za vaše články, vdaka ktorým som sa naučil kopu nových vecí či už priamo z nich alebo pri vyhadávaní vecí, ktorým som nerozumel, na nete.

Odpovědět


trochu problém

Pavel Aron,2013-07-28 18:40:41

Nemůžete zanedbávat hmotu paliva ! Potřebujete dodat energii nejen lodi ale i tomu palivu . Tedy přibližně polovině hmotnosti paliva, když budete počítat jen cestu tam. Takže ve skutečnosti Vám naroste obrovsky spotřeba paliva neboť energie z něj získaná musí urychlovat i hmotnost paliva !

Odpovědět


Pre p. Arona

Marek Šarmír,2013-07-28 19:12:53

Pán Vana ráta celkovú potrebnú energiu pre urýchlenie na rýchlosť 0,2c za použitia ideálneho pohonu pri určitej hmotnosti 1000 kg. Samozrejme, tak ako píšete vo svojom príspevku, je potrebné rátať aj s hmotnosťou paliva a urýchlovaním paliva, ktoré zostáva v nádržiach lode. Myslím si, že p. Vanovi išlo len o to, aby priblížil o aké velké hodnoty energie sa jedná a prečo cestovanie vesmírom v dohladnej dobe bude asi nereálne. Ako však uviedol vo svojom príspevku p. Wagner, ktorý poopravil p. Vanu ohladom hmotnosti antihmoty potrebnej pre získanie požadovanej energie, tak kedže podla vzdorca E=m.c^2 sa v jednom kg hmoty (antihmoty) ukrýva energia cca 25 TWh, potom by nám na tých potrebných 500 TWh stačilo nechať zreagovať 10 kg hmoty s 10 kg antihmoty za predpokladu, že by sme všetku získanú energiu premenili na kinetickú energiu lode. Kedže to by bolo asi nereálne, potrebovali by sme tých kíl trocha viac. Každopádne by nám v tomto prípade odpadol problém s palivom. Lenže to len za predpokladu, žeby sme tú antihmotu vedeli za rozumnú cenu vyrobiť v dostatočnom množstve čo zatial nie je možné. Čiže vaša poznámka o hmotnosti paliva je absolútne namieste.

Odpovědět


Hmotnost paliva ku hmotnosti lodi

Vladimír Wagner,2013-07-28 23:06:42

To, co píše pan Aron platí, jak je v článku ukázáno, pro radioizotopové zdroje, štěpné reaktory. V tom případě je hmotnost paliva o mnoho řádů větší než hmotnost urychlované lodi. Ty se právě díky tomu pravděpodobně pro mezihvězdné lety využít, protože i díky tomu se hmotnost paliva stává nezvládnutelnou. To, že je hmotnost potřebného paliva mnohem vyšší než hmotnost lodi, platí i pro fúzní motor. I když tam už není poměr tak dramatický. Také s tímto faktem bylo v projektu Daedalos a musí být i u projektu Icarus počítáno a vycházející hmotnost paliva je založena i na tom. Ovšem, jak poznamenal pan Šamir v případě antihmoty to neplatí. Tam je potřebná hmotnost paliva menší než hmotnost urychlované lodi, takže urychlování paliva v tomto případě situaci příliš nezmění.

Odpovědět

Děkuji za článek ...

Richard Straka,2013-07-26 12:02:08

a autorovi za vložené úsilí a energii! Krásně se to četlo :)

Odpovědět

Pěkný článek

Jaroslav Borovicka1,2013-07-26 11:22:24

Děkuji autorovi za hodně zajímavý článek.

Odpovědět

ABSOLUTNĚ PERFEKTNÍ

René Henc,2013-07-26 10:16:21

Díky moc autorovi za skvělý a obsáhlý souhrn!

Odpovědět

Děkuji

Milan Štětina,2013-07-26 10:05:46

Děkuji za velice zajímavý článek. Hlavně ten závěr by se měl tesat do kamene (teda spíše číst v hlavních zprávách v televizi :-) )

Odpovědět

Veliká pochvala za "článeček", pane Wagn

Ota Beran,2013-07-26 10:05:06

Vždy, když něco napíšete,je to "pecka". Musím si na to najít dost času a klidu, abych to přelouskal "v kuse". Je to velmi zajímavé, o čemž svědčí diskuse.

Osobně si myslím, že další přežití lidstva bude podmíněno jeho expanzí do kosmu. Zemi si ale musíme udržet obyvatelnou až do chvíle, kdy budeme této expanze schopni. Takže jako lidstvo máme před sebou docela těžké úkoly.

Odpovědět

Ještě dotaz ke 3He

Pavel Hudecek,2013-07-26 09:35:31

Čím to, že by mělo být všude jinde, jen ne na Zemi?

Odpovědět


Jak je to s heliem a zvláště heliem 3

Vladimír Wagner,2013-07-26 10:45:50

Ono se nedá říci, že je "všude jinde". K akumulaci a udržení helia a helia 3 musí být vhodné podmínky. Země má příliš malou hmotnost a gravitaci, takže helium uniklo a uniká pryč. Velká gravitace je důvodem, proč jsou velké planety jako Jupiter zásobárnami helia.
Jiný důvod je přítomnost helia 3 na Měsíci. Ten nemá atmosféru a jeho povrch je neustále bombardován heliem i heliem 3 ze Slunce. To by se pak mělo hromadit v měsíčním regolitu. Z něj pochopitelně uniká (Měsíc má slabou gravitaci), ale máte jistý nasycený stav.
Na zemi se helium jímá v místech, kde jsou uranové a thoriové rudy. V rozpadu alfa vzniká helium, které se jímá. A hlavně po velké spotřebě pro LHC je ho docela nedostatek. Ještě horší je situace s heliem 3 (využívá se třeba pro detektory neutronů). Vzniká třeba zmíněným rozpadem tritia. Pokud někde máte byť jen minimální množství, je nejlepší doba, jak na něm velice dobře vydělat :-)

Odpovědět


orientacne doplnim

Daniel Konečný,2013-07-26 12:01:18

Cena za litr He-3 priblizne 2000$:) (wikipedia)

Odpovědět

clanek

Petr Dyntar,2013-07-26 09:19:06

pěkný článek,jako vaše všechny,skoro taková malá kniha :)
já nejsem vědec,jsem technik,ale od té doby co jsem si přečetl váš článek o Neutrinech (tenkrát když to vypadalo že jsou rychlejší než světlo,ač to bohužel nedopadlo)čtu o vědě každý den a moje znalosti o fyzice a vesmíru narostly o 5000 % :) díky za to

Odpovědět

Skladovani a vyroba anticastic/antihmoty

Jiri Novak,2013-07-26 06:14:14

Jako laik bych si dokazal predstavit ze ve vakuu vesmiru bude skladovani antihmoty snazsi nez na zemi. Staci antihmotu drzet v blizkosti lodi..
Take jsem nekde cetl ze obcas nejaka anticastice prileti z vesmiru do atmosfery zeme. Jak realna je moznost zachytavat/tezit anticastice z vesmiru?
Lze ocekavat vice anticastic v mezihvezdnem prostoru?

Odpovědět


Antičástice ve vesmíru

Vladimír Wagner,2013-07-26 08:30:22

Problém je, že kosmické vakuum nejen v okolí Země je vyplněno sice velmi řídkým, ale přesto nezanedbatelným množstvím hmoty. Pokud byste měl antihmotu nechráněnou i ve vakuu vesmíru, tak na ní budou dopadat atomy či ionty hmoty a bude i v tom vakuu probíhat anihilace v takovém měřítku, že to bude destrukční. To je důvod, proč můžeme zaručit, že náš vesmír je až do hodně velké vzdálenosti pouze z hmoty. Jinak bychom pozorovali produkty anihilace na rozhraních částí vesmíru z hmoty a antihmoty.
Jedinou možností (ale pouze totálně hypotetickou a zatím technologicky nepředstavitelnou) je vytvoření mnohem a mnohem kvalitnějšího vakua než je ve vesmíru. Některé hodnoty hustot hmoty ve vakuu v různých místech vesmíru jsou na začátku tohoto článku o podstatě vakua: http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/vakuum/vakuum.html
Antičástice (pozitrony a antiprotony) opravdu přilétají z vesmíru do atmosféry Země. Pozitrony (jsou lehké) vznikají ve více různých vesmírných procesech, ale antiprotony dominantně ve srážkách jader (hlavně protonů) kosmického záření s velmi vysokou energií (téměř s rychlostí světla) s jádry, které se nacházejí ve vesmírném vakuu. Tedy úplně stejným procesem, který se využívá při jejich výrobě. Složení tohoto kosmického záření a i množství pozitronů a antiprotonů studuje spektrometr AMS na stanici ISS (http://www.osel.cz/index.php?clanek=3433 a http://www.osel.cz/index.php?clanek=4688 a ). Tam je jedna zajímavost. Pokud by se tomu spektrometru podařilo zachytit jedno jediné antihelium, které k nám dorazí z vesmíru, tak je to známka, že je někde i když hrozně daleko antihvězda. To je z toho důvodu, že vytvoření antihelia při srážkách kosmického záření je šíleně málo pravděpodobné . Na urychlovačích také, ale tam máme velkou hustotu srážek v místě s detektory, takže se antihelium pozorovat podařilo.

Odpovědět


Ještě dodatek

Vladimír Wagner,2013-07-26 11:23:28

V okolí Země je hustota antičástic v kosmickém záření strašlivě malá, takže si nedovedu představit efektivní metody jejich zachytávání pro potřeby získávání paliva pro mezihvězdné lodě.
Jiná situace by mohla být o některých exotických objektů ve vesmíru. Jako jsou třeba dvojhvězd s černou dírou či neutronovou hvězdou, kde dochází k přetokům hmoty, jejímu urychlení, srážce a vzniku intenzivní proudů i antičástic. Problém však je, jak se do těch míst dostat. No a pak také, jak tu antihmotu z takového dolu na antihmotu těžit :-)

Odpovědět

Bláhové naděje

Martin Plec,2013-07-25 22:17:41

Osobně si myslím, že do dálav vesmíru se lidstvo jako celek nikdy nevydá, obzvláště ne ve stylu Bradburyho Marťanské kroniky či různých StarTreků. Pokud vůbec někdo, tak poletí jen hrstka (max. pár set) bohatých či jinak vyvolených (např. celebrity nebo trénovaní astronauti), určitě ne běžní civilisté. Zbytek lidstva zůstane přikován k naší domácí planetě, rozhodně nenastane žádný masový exodus jako při odchodu lidí do Ameriky.

Takže naprosté většině lidstva stejně nezbyde než se o svoji planetu dál starat a doufat, že se ji podaří i nadále udržet v obyvatelném stavu. Z tohoto důvodu mi nejsou moc jasné naděje vkládané do cest ke hvězdám, je to oblast fantasy nikoli sci-fi. Podle mě bude mnohem efektivnější tam posílat roboty, ne lidi.

Odpovědět


Máte i nemáte pravdu

Vladimír Wagner,2013-07-25 23:35:46

Nikde v článku není nic o tom, že by se lidstvo vydávalo do vesmíru jako celek. Při té kolonizaci Tichomoří tomu také nebylo. A pokud jste četl pořádně, tak to, co jsem hlavně zdůrazňoval je, že bez toho, abychom si svoji kolébku co nejsvědomitěji opečovávali, nebude ani vesmírná kolonizace.
Ovšem, nemyslím si, že by hlavními účastníky kolonizace byli boháči či celebrity. Nebude to pro ně příliš atraktivní. Alespoň zpočátku to může být asi hodně tvrdá záležitost bez možnosti návratu. A celebrity vytváří publikum, které v daném místě nebude. V principu to tak spíše budou civilisti s příslušnými odbornými znalostmi. Tím neříkám, že boháči případně nebudou hlavními iniciátory nějakého takového projektu. Jako je to i v současných privátních vesmírných projektech.
Roboty můžete posílat za účelem získání informací. Pokud uvažujete o rozšíření inteligence a civilizace dál do vesmíru, tak to není možné bez přepravení lidí. Pokud pochopitelně nebudeme uvažovat o tom, že vytvoříme strojovou umělou inteligenci a civilizaci, která nás nahradí.

Souhlasím, že mezihvězdné lety jsou zatím sci-fi. Nemá to však nic společného s fantasy. Zopakujte si definici, co slovo fantasy znamená.

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-26 01:38:20

Při kolonizaci Ameriky se přes oceán vydávali (ve velkém) i chudáci, kteří v novém světě očekávali zlepšení svého života. To u mezihvězdných letů nebude, protože ty budou mnohem nákladnější, než by si normální člověk mohl našetřit.
Navíc zájem Ameriku se držel jen díky tomu, že bylo možné cestovat tam a zase zpět - tam jezdili vojáci a pracovní síly, zpátky různé zboží, z počátku hlavně zlato. A tato motivace u mezihvězdných letů opět nebude.

Prostě si myslím, že mezihvězdné lety nebudou ekonomicky zajímavé, aby ospravedlnily ty horentní sumy, co budou stát. Navíc poté, co cestovatelé odletí, se z nich stanou cizinci, takže bude obtížné je i nadále považovat za naše vyslance; oni spíš poletí sami za sebe, zvláště u vícegeneračních letů. A nakonec, co nám takoví lidé budou moci z dálek poslat za informace, jaké by nám nemohly poslat inteligentní roboti?

Osobně si myslím, že inteligentní stroje jsou blíže uskutečnění než mezihvězdné lety lidí. A následovat budou mezihvězdné lety těchto strojů. A potom za hodně dlouho, pokud vůbec kdy, možná dojde i na mezihvězdné lety lidí - ale v té době už to nesmí být k nejbližší hvězdě dále než pár let cesty.

Odpovědět


Kolonizací Tichomoří

Vladimír Wagner,2013-07-26 08:01:36

jsem měl na mysli první kolonizaci (později původních obyvatel těchto míst). Ta je opravdu nepoměrem prostředků a zázemí, které lidstvo v té době mělo, a náročnosti úkolu srovnatelnější se situací s mezihvězdnými lety. Evropská kolonizace USA i toho Tichmomoří je něco jiného a že byla přece jen (nesnižuji její náročnost a skláním se hluboce před odvahu a výkony těchto naších předchůdců) diametrálně snazší se shodneme.
To, že první určitě poletí automaty, které musí připravit zázemí pro lety lidí, se plně shodneme asi všichni (projekt Daedalus a Icarus má v zadání let automatu ne lidí).
Účelem lidské kolonizace také nejspíše nebude nějaké přímé "ekonomické" přínosy těch, kteří je iniciují ale rozšíření inteligence po vesmíry. Už třeba z toho důvodu, aby nezanikla vlivem nějaké kosmické katastrofy, která může zasáhnout planetu či planetární systém.
Shodneme se ale, že náročnost je taková, že mezihvězdné lety jsou nyní v oblasti sci-fi a to, jestli se někdy uskuteční, je velmi otevřené.

Odpovědět


Smysl kolonizace vesmíru

Martin Plec,2013-07-26 09:54:21

Sny o rozšíření lidské inteligence do vesmíru nesdílím. Co z toho? Nám, kteří tu zůstaneme, to nic nepřinese, protože pouto mezi cestovateli a námi dlouho nevydrží. Naopak, pokud jejich (i naše) civilizace přežije, stanou se našimi konkurenty. A lidskou inteligenci nepovažuji za tolik skvělou, aby bylo nutné ji ještě šířit dál - už ze své domovské planety nadělala pěknou paseku.

Také jsem kdysi četl komixy v Ábíčku nebo sledoval StarTrek a představa o cestách na cizí planety mi přišla skvělá. Ale když o tom přemýšlím nyní, je to všechno založené na naivních představách o sjednoceném lidstvu, kde jsou na sebe všichni hodní, společnými silami se snaží poznávat své vesmírné okolí a ostatním rasám být posli pravdy a lásky. Tohle nikdy nenastane.
Spíš mi přijde realističtější scénář z Vetřelce, kdy mocné korporace kolonizovaly vesmír proto, aby tam mohly těžit - což jsme diskutovali už výše.

Rád bych upozornil, že veškerý pokrok je hnán úsilím, aby *náš* život byl lepší. A pokud nějaký krok v evoluci lidstva nebude lidstvu ku prospěchu, tak prostě nenastane. V tomto případě, když kolonizace vesmíru lidem na Zemi nic nepřinese, tak se prostě nikdy neuskuteční.

Pokud tedy nějaká kolonizace kdy nastane, bude to spíš jako vámi zmíněné první osidlování Tichomoří - lodě (bohatých) utečenců hledajících lepší zítřky. A takto podané mi to už moc zajímavé nepřijde.

Odpovědět


Co je smysl inteligentního života?

Vladimír Wagner,2013-07-26 11:03:36

Představa, že všichni jsou hodní a bude existovat společnost bez problémů a rozporů, je naivní. Ovšem neméně naivní je představa, že téměř všichni jsou zlí (kromě mě a pár dalších :-)) a bylo by nejlépe, kdyby lidská civilizace a lidstvo samo zaniklo. Nic prostě není černobílé. Já zastávám názor, že inteligentní život, který si uvědomuje existenci světa a poznává jej, by bylo dobré zachovat, Vy, že by bylo nejlépe, kdyby zanikl a i Země byla bez něj a "příroda" jim nebyla ovlivňována. I když se mi zdá, že tu je u Vás rozpor. Není nakonec inteligentní život součástí vesmíru a přírody i s tím vlivem, který na něj má? Asi se neshodneme, ale můžeme zajímavě diskutovat.
Víte, myslím, že většina lidí i lidstvo jako celek má přesah přes bezprostřední užitek. Pokud by hleděl člověk jen na bezprostřední zájem, tak mají smysl děti. Tam lze předpokládat, že se o nás mohou postarat, když budeme staří. Už ne úplně to platí u vnoučat a vůbec ne pravnoučat. Přesto většina lidí touží i po těch pravnoučatech. Velká část projektů jednotlivých lidí i lidstva jako celku je obrácena k tomu co přesahuje časové i další škály, které umožňují bezprostřední užitek svým tvůrcům. Gaudi od Sagrady Familia nečekal žádný užitek a takových projektů bylo, je a bude bezpočet.

Odpovědět


Ještě dodatek

Vladimír Wagner,2013-07-26 11:15:13

Kolonizace vesmírného okolí je sakra velký skok dopředu v evolučním vývoji lidského rodu i civilizace. Dramaticky zvyšuje pravděpodobnost jejího přežití. Nepřináší sice výhodu konkrétním jedincům nebo skupinám, ale celému lidskému rodu a civilizaci obrovské. A každý krok, umožňující větší šanci pro přežití daného druhu a zvětšující radikálně prostor a variabilitu jeho rozšíření, mu přináší velkou evoluční výhodu. O to ostatně v evoluci jde. Přežijí Ti, kteří zvětšují své šance pro přežití a rozšiřují rozsah a variabilitu prostředí, kde žijí :-) Musel jsem to poznamenat, když už jste k tomu evolučnímu náhledu přikročil.

Odpovědět


Evoluční výhoda

Jiří Vyhnalík,2013-07-26 14:28:50

Pokud bych měl shrnout můj dojem z Vaší diskuse, tak mám pocit, že Vaše názory nejsou zase tak odlišné. Pan Wagner se pokusil popsat "podmínku nutnou" k tomu abychom mohli cestovat a jasně říká, že bariéra je velmi vysoká a pro lidstvo v dnešní fázi rozvoje ještě dlouho nepřekročitelná. Pan Plec se ptá proč by se lidstvo mělo o něco takového vůbec snažit. Přitom tato otázka je dnes fakticky irelevantní, protože o tom naše generace rozhodovat určitě nebude. Na druhou stranu rozvoj efektivních zdrojů energie je nesporně důležitý a tak, jak půjde pokrok v této oblasti, bude se snižovat i pomyslná energetická bariéra a potomci našich potomků se budou moci rozhodnout.
Jedinou výhradu mám k argumentu evoluční výhody. Obecně platí, co píše pan Wagner a už rozšíření lidských technologií do blízkého vesmíru, nám zlepší třeba šanci včasného odhalení nebezpečných těles ohrožujících zemi. Samozřejmě, že vytvoření soběstačné kolonie, která by mohla dlouhodobě přežít kolaps civilizace na Zemi je zatím jen velmi obtíženě představitelná záležitost. V tomto směru bych nepřeceňoval nějakou druhovou inteligenci, která by lidstvo motivovala vědomě o toto usilovat. Spíš bych se obával efektu "sobeckého genu". Tak, jako evoluce není tažena snahou zajistit přežití konkrétního jedince, nebo dokonce druhu, ale hlavně konkrétních genů, tak je přežití civilizace závislé na tom, do jaké míry je v souladu se zájmy jedinců a skupin.
Pochybuji, že nějaká budoucí vláda bude mít takovou politickou sílu, aby na expanzi lidstva mohla věnovat víc, než pár procent HDP a každé toto procento si bude muset taková vláda obhájit v "krvavých" politických bojích s těmi, kteří budou vyžadovat, aby se tyto prostředky věnovaly na boj s chudobou, rakovinou, AIDS atd. Zdroje budou vždycky vzácné a boj o jejich realokaci je smyslem politiky.

Odpovědět


Martin Plec,2013-07-26 21:26:35

Nemyslím si, že "že téměř všichni jsou zlí ... a bylo by nejlépe, kdyby lidská civilizace a lidstvo samo zaniklo", ani "že by bylo nejlépe, kdyby (inteligentní život) zanikl a i Země byla bez něj a "příroda" jim nebyla ovlivňována". Ale snaha šířit lidskou inteligenci po vesmíru mi připadá stejně smysluplná jako třeba záměrná snaha šířit různé lokální druhy rostlin a zvířat z jednoho konce zeměkoule na druhý. Možná že tím tak jednomu druhu pomůžeme a zvýšíme jeho šance, že nevyhyne. Ale k čemu to?

Je zbytečné se ptát lidí, proč si myslí, že by zrovna lidé měli osídlovat jiné planety, a proč by zrovna lidé neměli vyhynout. Ta (z mého hlediska) nesmyslnost či zbytečnost takových snah vynikne, když si představíme, že lidi do vesmíru posílat nelze. Koho byste tam tedy poslal místo toho? Delfíny? Slony? Krokodýly? Nějaké hmyzáky? Kaktusy? Kvasinky? Jak moc by vás uspokojovalo, že vaše kvasinky kolonizují vesmír? A jak moc to bude uspokojovat vaše potomky? Těm to bude naprosto jedno, dokonce možná budou naštvaní.

"Kolonizace vesmírného okolí je sakra velký skok dopředu v evolučním vývoji lidského rodu i civilizace." To ano, ale jak jsem již psal, je to moc velký krok, aby se uskutečnil najednou, bude nutno jej rozdělit na jednotlivé evoluční krůčky. A pokud některý z těch jednotlivých nezbytných krůčků nebude pro lidstvo zajímavý, tak se neuskuteční ani celý skok.

"vytvoření soběstačné kolonie, která by mohla dlouhodobě přežít kolaps civilizace na Zemi" Představte si, že Zemi hrozí globální katastrofa toho typu, že vše živé na Zemi zahyne. A teď někdo přijde s myšlenkou, že by bylo fajn vytvořit vesmírnou Noemovu archu a zachránit aspoň část lidstva, aby úplně nevyhynulo. Přitom je vám jasné, že vy ani vaši potomci ani žádní vaši blízcí příbuzní se na ni nedostanete. Myslím si, že v tu chvíli by tahle myšlenka přestala 99.99% lidí zajímat - k čemu mi je, že přežije lidstvo reprezentované nějakými úplně cizími lidmi, když nikdo z mé rodiny to nebude? A úplně stejně to vidím s osídlováním vesmíru za účelem zvýšení naděje lidstva a naší civilizace na přežití.

Odpovědět


Proč to dělat postaru...

Tomáš Jelínek,2013-07-26 21:55:17

Já si hlavně myslím, že úvahy jak pana Wagnera, tak pana Plece stojí na dvou špatných předpokladech.
První z nich je ten, že na to lidé nebudou mít. Pokud se podíváme do minulosti, vidíme, že naše společnost bohatne, zatím co můj praděda před 100 chodil bos, měl své úzké políčko a to co vyprodukoval, tím se živil, na nic moc víc už neměl, zatímco já píšu tento komentář na svém počítači a vedle mě leží spousta nepotřebných krámů a pokud bych chtěl, mohu si i když mě to bude stát většinu prostředků koupit teď hned letenku třeba do té Ameriky a za pár hodin být tam (jsem student). O tom se nesnilo ani největším vládcům starověku. Pokud si vezmeme nějakého rolníka ve starověku a pravěku (tady spíše nějakého lovce nebo sběrače), tak tam ani těch 1 000 let situaci jeho třídy nějak moc nezměnilo, ve středověku se za 100 let také kvalita života rolníků nezměnila, ale za 500 let už celkem ano a za 1000 let určitě. Chci tím demonstrovat, že společnost v současné době z dlouhodobého hlediska bohatne a bohatne čím dál rychleji, automatizace bude něco, co udělá čím dál tím víc věcí dostupnějšími pro obyčejné lidi. Není důvod, proč by jsme si kosmický let nemohli v budoucnu dovolit, pokud se něco nestane, lidstvo čeká ještě dlouhá budoucnost...
Další možnost, kterou mnozí neradi slyší a považují to za naivní fantas-magorii, ale kterou je celkem důležité říct je následující: Jak už jsem řekl, lidé tu mohou být mnoho milionů let, možná i miliard. Není důvod proto předpokládat, že společnost bude stejná. V pravěku byly lovci a sběrači, ve starověku otrokářství, palácové hospodářství (je to celkem podobné), pak tu byl a je v různých formách kapitalismus, byl tu komunismus a plno dalších méně či více rozšířených uspořádání. Ani peníze tu nebyly celou historii lidstva. Stále tím více rozvíjející se technologie obzvláště automatizace může s lidstvem ještě pořádn zamíchat, ona technologie sama osobě mění uvažování lidí a navíc člověk se bude stále nějak vyvíjet. Otázka je, co přijde (jestli vůbec) potom, do takových úvah se už pouštět nebudu, to by zbytečně ideologicky zdiskreditovalo diskusi. A samozřejmě otázka, jestli lidé budou pořád lidé nebo třeba roboti, je otevřená...
Další mylný předpoklad je, že ke hvězdám poletí lidé. Já se ptám, co třeba roboti? Nemyslím si, že by byl neřešitelný problém naskenovat mozek a uložit ho, pokud tedy nevěřítě na duši, ale to bychom se dostali úplně někam jinam... Je zajímavá myšlenka, že by k planetě doletěly stroje, kolonizovaly by ji a pak by nás tam poskládali.
Ještě bych se rád vyjádřil k nějaké logičnosti a tomu, proč bychom dělali nějaké mezihvězdné lety. Prezidenti se střídají, stejně tak ideologie se střídají. Ono je docela možné, že tu bude doba, kdy o to nebodu zájem a pak třeba doba, kdy z ideologického hlediska bude kolonizace priorita číslo jedna. No a pak je tu samozřejmě touha po moci, ovládat co nejvíc, být co nejsilnější. Může to znamenat i války s jinými civilizacemi :-( No a... vy by jste se tu na Zemi nenudil? ;-)
Cílem tohoto komentáře nebylo ani ukázat jak to bude, to by diskusi zavedlo špatným směrem, ale že to může být i jinak a více méně takové úvahy nemají smysl. Budoucnost v podstatě odhadnout nemůžeme a pokud se o to pokoušíme, tak narážíme na to, že náš názor stojí na v současnosti platných základech. Aneb kdo by chtěl mít doma něco jako počítač :-)

Odpovědět

Díky za (jako obvykle) moc pěkný článek

Pavel Hudecek,2013-07-25 22:10:49

Ale abych jen nechválil, mám i pár připomínek:

1. Celkem mě překvapuje, že se vůbec neuvažuje o možnosti nalézt obyvatelný měsíc u obra v obyvatelné zóně. Jestliže se v těchto místech běžně vyskytují planety Jupiterovského typu, tak je mi divné, proč se nepředpokládá, že by měly podobnou skladbu měsíců, jako náš Jupiter. A on má hned 4 měsíce velikostně srovnatelné se Zemí a jeden z nich i s ohromným množstvím vody. No a vzhledem k tomu, že mnoho objevených exoplanet je větších než Jupiter, dá se očekávat, že budou mít více a větších měsíců.

2. Mezi fúzními technologiemi chybí MagLIF ze Sandia National laboratories, jenžto mi přijde podstatně dříve realizovatelná, než ITER a i mnohem lépe využitelná ve vesmíru.

3. Novinkou letošního roku je elektrosprejový iontový motor z MIT. Je to sice miniaturní MEMS hračka primárně pro nanosatelity, ale nepřijde mi, že by to nešlo udělat větší a urychlovat také větším napětím.

4. Co se týče počátků kolonizace vesmíru se mi nejvíce líbí koncept z Asimovovy Nemesis, kdy se po sluneční soustavě pohybují velké (km) obyvatelné komplexy (mil. lidí) kulového tvaru, kde vnitřní část rotuje, tvoříce umělou gravitaci a vnější slouží jako sklad surovin těžených z asteroidů a zároveň radiační štít.

5. Zásadní vliv na budoucnost kolonizace vesmíru vidím ovšem v tom, zda se naplní předpovědi pana Kurzweila ohledně prodlužování lidského věku. Jestliže se již současně žijící mladší generace zbaví omezení věku "přirozenou smrtí", stanou se dlouhodobé cíle kosmického typu nepoměrně populárnějšími.

Odpovědět


Díky za poznámky,

Vladimír Wagner,2013-07-25 23:20:04

článek je pochopitelně i výzvou k diskuzi. A děkuji předem za všechny komentáře a náměty. Pochopitelně nemohl obsáhnout vše, i tak už vyšel hrozně dlouhý. Takže se pokusím okomentovat Vaše body:
1) Využití měsíců velkých planet, které by měly vhodnou velikost a nacházely se v obyvatelné zóně se uvažuje a takové určitě existují. Pokud však vím, tak právě takový systém je ovšem u červených trpaslíků méně pravděpodobný. Blízkost dráhy velké planety u něj a nutnost, aby měsíc byl mimo radiační pásy velké planety a další faktory. I statistika těchto velkých planet u červených trpaslíků je spíše proti tomu, že jsou takové cíle blízko Slunce. Jsou i další exotičtější možnosti, které jsem pominul. Tím bych se však dostal už mimo hlavní téma článku. Rozbor exoplanet chtěl hlavně ukázat, že atraktivní cíle v naši blízkosti existují a pokud jich bude více, je to jen fajn.

2) Metody spojené se Z pinči jsou zmíněny v tom přehledu stavu ve fúzi, který jsem pro Osla před pár lety napsal a odkazuji na něj. Je tam dokonce ze Sandie fotka :-) Myslím, že však v této oblasti je potřeba zlom a v této oblasti jsme ještě hodně vzadu oproti tokamakům a NIF. Stejně tak jsem nyní nepsal o stellarátorech.

3) I v tomto případě by se zacházelo do přílišných podrobností, které na možnost meziplanetárního a tím více mnezihvězdného cestování spíše vliv mít nebudou.

4) To už je na jiné komplexní povídání, v tomto článku se řešil hlavně pohon. Jak přesně pak budou vypadat lodě je na jiné dlouhé povídání. Ale mě se pochopitelně také taková vize líbí :-)

5) Radikální posun v době dožití a také možnost alespoň částečné hibernace by atraktivitu a uskutečnitelnost hvězdných letů radikálně zvýšily. A to jsou právě ty čistě pozemské záležitosti, které se řeší bez ohledu na úvahy o kosmonautice.

Odpovědět

To bude pocteni

Daniel Konečný,2013-07-25 16:52:38

uz se tesim, az se do toho budu moci pustit, diky pane Wagnere, na kvalitu se u Vas mohu spolehnout predem:)

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace