Er zijn geen tweerichtingen, het universum is een extreem grote plaats! En dankzij de beperkingen die Speciale Relativiteit ons oplegt, kan reizen naar zelfs de dichtstbijzijnde sterrenstelsels millennia in beslag nemen. Zoals we in een vorig artikel hebben besproken, kan de geschatte reistijd naar het dichtstbijzijnde zonnestelsel (Alpha Centauri) met conventionele methoden 19.000 tot 81.000 jaar duren.
Om deze reden hebben veel theoretici de mensheid aanbevolen
De studie, die onlangs online verscheen, werd geleid door Dr. Frederic Marin van het Astronomisch Observatorium van Straatsburg en Dr. Camille Beluffi, een deeltjesfysicus bij de wetenschappelijke start-up Casc4de. Ze werden vergezeld door Dr. Rhys Taylor van het Astronomical Institute van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, en Dr. Loic Grau van het bouwkundig ingenieursbureau Morphosense.
Hun studie is de laatste in een serie van Dr. Marin en Dr. Beluffi die de uitdagingen aanpakt van het sturen van een ruimtevaartuig met meerdere generaties naar een ander sterrenstelsel. In een eerdere studie bespraken ze hoe groot de bemanning van een generatie schip zou moeten zijn om in goede gezondheid hun bestemming te bereiken.
Ze deden dit met op maat gemaakte software voor numerieke codes, ontwikkeld door Dr. Marin zelf, bekend als HERITAGE. In een eerder interview met Dr. Marin beschreef hij HERITAGE als "een stochastische Monte Carlo-code die alle mogelijke resultaten van ruimtesimulaties verklaart door elk willekeurig scenario te testen op voortplanting, leven en dood."
Uit hun analyse kwamen ze tot de conclusie dat er minimaal 98 mensen nodig zouden zijn om een missie van meerdere generaties naar een ander zonnestelsel te volbrengen, zonder risico op genetische aandoeningen en andere negatieve effecten die samenhangen met onderlinge huwelijken. Voor deze studie behandelde het team de even belangrijke vraag hoe de bemanning te voeden.
Aangezien gedroogde voedselvoorraden geen haalbare optie zouden zijn, aangezien ze zouden verslechteren en bederven door de eeuwen heen dat het schip onderweg was, zouden het schip en de bemanning moeten zijn uitgerust om hun eigen voedsel te verbouwen. Dit roept de vraag op, hoeveel ruimte zou er nodig zijn om voldoende gewassen te produceren om een grote bemanning gevoed te houden?
Als het gaat om ruimtevaart, is de grootte van het ruimtevaartuig een groot probleem. Zoals Dr. Marin via e-mail aan Space Magazine uitlegde:
'Hoe zwaarder de satelliet, hoe duurder het is om hem in de ruimte te lanceren. Hoe groter / zwaarder het ruimteschip, hoe ingewikkelder en duurder het aandrijfsysteem zal zijn. In feite zal de grootte van het ruimteschip veel parameters beperken. In het geval van een generatieschip is de hoeveelheid voedsel die we kunnen produceren direct gerelateerd aan de oppervlakte binnen het schip. Dit gebied is op zijn beurt gerelateerd aan de omvang van de bevolking aan boord. Omvang, voedselproductie en bevolking zijn namelijk intrinsiek met elkaar verbonden. ”
Om deze belangrijke vraag aan te pakken - "hoe groot moet het schip zijn?" - het team vertrouwde op een bijgewerkte versie van de HERITAGE-software. Zoals ze in hun studie stellen, houdt deze versie 'rekening met leeftijdsafhankelijke biologische kenmerken zoals lengte en gewicht, en kenmerken die verband houden met het variërende aantal kolonisten, zoals onvruchtbaarheid, zwangerschap en miskraampercentages'.
Daarnaast hield het team ook rekening met de caloriebehoeften van de bemanning om te berekenen hoeveel voedsel er per jaar zou moeten worden geproduceerd. Om dit te bereiken, nam het team antropomorfe gegevens op in hun simulaties om te bepalen hoeveel calorieën zouden worden geconsumeerd op basis van de leeftijd, het gewicht, de lengte, de activiteitsniveaus en andere medische gegevens van een passagier.
"Met behulp van de Harris-Benedict-vergelijking om de basale stofwisseling van een persoon te schatten, hebben we geëvalueerd hoeveel kilocalorieën per dag per persoon moeten worden gegeten om het ideale lichaamsgewicht te behouden. We hebben ervoor gezorgd om gewichts- en lengtevariaties op te nemen om rekening te houden met een realistische populatie, inclusief zware / lichte lichamen en lange / kleine mensen. Nadat de calorische behoefte was geschat, berekenden we hoeveel voedsel geoponics, hydrocultuur en aeroponics landbouwtechnieken per vierkante kilometer per jaar zouden kunnen produceren. ”
Door deze cijfers te vergelijken met conventionele en moderne landbouwtechnieken, kunnen ze de hoeveelheid kunstmatig land voorspellen die zou moeten worden toegewezen aan de landbouw in het schip. Vervolgens baseerden ze hun totale berekeningen op een relatief grote schroef (500 mensen) en leidden een totaalcijfer af. Marin legde uit:
“We ontdekten dat voor een heterogene bemanning van bijvoorbeeld 500 mensen die leven op een allesetend, uitgebalanceerd dieet, 0,45 km² [0,17 mi²] kunstmatig land voldoende zou zijn om al het noodzakelijke voedsel te verbouwen met een combinatie van aeroponics (voor fruit , groenten, zetmeel, suiker en olie) en conventionele landbouw (voor vlees, vis, zuivel en honing). ”
Deze waarden bieden ook enkele architectonische beperkingen voor de minimale grootte van het generatieschip zelf. Ervan uitgaande dat het schip is ontworpen om kunstmatige zwaartekracht te genereren door middel van centripetale kracht (d.w.z. een roterende cilinder), zou de straal minimaal 224 meter (735 voet) en 320 meter (1050 voet) lang moeten zijn.
"Natuurlijk zijn naast landbouw ook andere voorzieningen nodig - menselijke bewoning, controlekamers, energieopwekking, reactiemassa en motoren, die het ruimteschip minstens twee keer zo groot maken", voegde Dr. Marin eraan toe. "Interessant is dat, zelfs als we de lengte van het ruimteschip verdubbelen, we een structuur vinden die nog steeds kleiner is dan het hoogste gebouw ter wereld - Burj Khalifa (828 m; 2716,5 ft)."
Voor liefhebbers van interstellaire ruimteverkenning en missieplanners is deze nieuwste studie (en andere in de serie) van groot belang, omdat ze een steeds duidelijker beeld geven van hoe de missiearchitectuur van een generatieschip eruit zou zien. Afgezien van alleen theoretische voorstellen over wat erbij betrokken zou zijn, bieden deze onderzoeken feitelijke cijfers waarmee wetenschappers op een dag kunnen werken.
En zoals Dr. Marin uitlegde, maakt het ook zo'n groots project (dat op het eerste gezicht ontmoedigend lijkt) veel beter haalbaar:
“Dit werk geeft ons inzicht in de reële mogelijkheid om generatie schepen te creëren. We zijn al in staat om zulke grote structuren op aarde te bouwen. We hebben nu nauwkeurig gekwantificeerd hoe groot het oppervlak moet zijn dat bestemd is voor landbouw in generatieschepen, zodat de bevolking zich kan voeden tijdens eeuwenlange reizen. ”
Volgens Marin is water het enige resterende probleem dat moet worden onderzocht. Elke missie met een grote bemanning die meer dan een paar eeuwen in de interstellaire ruimte doorbrengt, heeft veel water nodig voor drinken, irrigatie en sanitatie. En het volstaat niet om alleen op recyclingmethoden te vertrouwen om een constante aanvoer te garanderen.
Dit, geeft Marin aan, zal het onderwerp zijn van hun volgende studie. 'In de verre ruimte (ver weg van planeten, manen of grote asteroïden) kan het heel moeilijk zijn om water te verzamelen', zei hij. 'Dan kunnen de hulpbronnen aan boord te lijden hebben onder een gebrek aan water. We moeten onze toekomstige onderzoeken inzetten om dit probleem op te lossen. ”
Zoals bij de meeste dingen die te maken hebben met verkenning van de diepe ruimte of de kolonisatie van andere werelden, is het antwoord op de onveranderlijke vraag ("kan het?") Bijna altijd hetzelfde: "Hoeveel bent u bereid te besteden?" Het lijdt geen twijfel dat een interstellaire missie, in welke vorm dan ook, een enorme inzet zou vergen in termen van tijd, energie en middelen.
Het zou ook vereisen dat mensen bereid zijn hun leven te riskeren, dus alleen avontuurlijke mensen zouden zich aanmelden. Maar misschien nog het meest, het zou de wil nodig hebben om het door te zetten. Behoudens urgentie of extreme noodzaak (d.w.z. planeet Aarde is gedoemd), is het moeilijk voor te stellen dat al deze factoren samenkomen.
Het is echter een zeer goede eerste stap om precies te weten hoeveel het ons gaat kosten in termen van geld, middelen en tijd om een dergelijk project op te zetten. Alleen dan kan de mensheid beslissen of ze bereid zijn de toezegging te doen.
