Holde en besætning på 500 i live til rejsen til en anden stjerne

Der er ikke to veje om det, Universet er et ekstremt stort sted! Og takket være de begrænsninger, der er pålagt os af Special Relativity, at rejse til selv de nærmeste stjernesystemer kan tage årtusinder. Som vi nævnte i en tidligere artikel, den estimerede rejsetid til det nærmeste stjernesystem (Alpha Centauri) kan tage alt fra 19, 000 til 81, 000 år ved hjælp af konventionelle metoder.

Af denne grund, mange teoretikere har anbefalet, at menneskeheden stoler på generationsskibe for at sprede menneskehedens frø blandt stjernerne. Naturligt, et sådant projekt byder på mange udfordringer, ikke mindst, hvor stort et rumfartøj skal være for at opretholde en flergenerationsbesætning. I en ny undersøgelse, af internationale videnskabsmænd behandlede netop dette spørgsmål og fastslog, at der ville være behov for en masse indvendig plads!

Studiet, som for nylig dukkede op på nettet, blev ledet af Dr. Frederic Marin fra det astronomiske observatorium i Strasbourg og Camille Beluffi, en partikelfysiker med den videnskabelige start-up Casc4de. De fik selskab af Rhys Taylor fra Astronomical Institute of the Czech Academy of Science, og Loic Grau fra konstruktionsingeniørfirmaet Morphosense.

Deres undersøgelse er den seneste i en serie udført af Dr. Marin og Beluffi, der adresserer udfordringerne ved at sende et multi-generations rumfartøj til et andet stjernesystem. I en tidligere undersøgelse, de talte om, hvor stor en generations skibsbesætning skulle være for at nå deres destination med godt helbred.

De gjorde dette ved hjælp af specialfremstillet numerisk kodesoftware udviklet af Dr. Marin selv kendt som HERITAGE. I et tidligere interview med Dr. Marin, han beskrev HERITAGE som "en stokastisk Monte Carlo-kode, der redegør for alle mulige resultater af rumsimuleringer ved at teste hvert randomiseret scenarie for forplantning, liv og død."

Ud fra deres analyse, de fastslog, at minimum 98 mennesker ville være nødvendige for at udføre en multi-generationsmission til et andet stjernesystem, uden risiko for genetiske lidelser og andre negative effekter forbundet med indbyrdes ægteskab. Til denne undersøgelse, holdet behandlede det lige så vigtige spørgsmål om, hvordan man brødføde besætningen.

I betragtning af at lagre af tørrede fødevarer ikke ville være en levedygtig mulighed, da de ville forringes og forfalde i løbet af de århundreder, hvor skibet var i transit, skibet og besætningen skulle være udstyret til at dyrke deres egen mad. Dette rejser spørgsmålet, hvor meget plads ville være nødvendig for at producere nok afgrøder til at holde en betydelig besætning fodret?

Når det kommer til rumfart, rumfartøjets størrelse er et stort problem. Som Dr. Marin forklarede til Universe Today via e-mail:

"Jo tungere satellitten er, jo dyrere er det at sende den ud i rummet. Derefter, jo større/tyngre rumskib, jo mere kompliceret og ressourcedyrt bliver fremdriftssystemet. Faktisk, rumskibets størrelse vil begrænse mange parametre. I tilfælde af et generationsskib, mængden af ​​mad, vi kan producere, er direkte relateret til overfladearealet inde i skibet. Dette område er, på tur, relateret til størrelsen af ​​befolkningen ombord. Størrelse, fødevareproduktion og befolkning er faktisk uløseligt forbundet."

For at løse dette vigtige spørgsmål - "hvor stort skal skibet være?" – holdet stolede på en opdateret version af HERITAGE-softwaren. Som de siger i deres undersøgelse, denne version "gør for aldersafhængige biologiske egenskaber såsom højde og vægt, og træk relateret til det varierende antal kolonister, såsom infertilitet, antallet af graviditeter og abort."

Ud over dette, holdet tog også hensyn til besætningens kaloriebehov for at beregne, hvor meget mad der skulle produceres om året. For at opnå dette, holdet inkluderede antropomorfe data i deres simuleringer for at bestemme, hvor mange kalorier der ville blive forbrugt baseret på en passagers alder, vægt, højde, aktivitetsniveauer, og andre medicinske data.

"Ved brug af Harris-Benedict-ligningen til at estimere et individs basale stofskiftehastighed, vi vurderede, hvor mange kilokalorier der skal spises om dagen per person for at opretholde den ideelle kropsvægt. Vi sørgede for at inkludere vægt- og højdevariationer for at tage højde for en realistisk population, herunder tung/let korpulens og høje/små mennesker. Når kaloriebehovet blev estimeret, vi beregnede, hvor meget mad geoponik, hydroponics og aeroponics landbrugsteknikker kunne producere pr år pr kvadratkilometer."

Ved at sammenligne disse tal med konventionelle og moderne landbrugsteknikker, de er vi i stand til at forudsige mængden af ​​kunstig jord, der skal allokeres til landbrug inde i fartøjet. De baserede derefter deres overordnede beregninger på en forholdsvis stor skrue (500 personer) og udledte et samlet tal. Som Dr. Marin forklarede:

"Vi fandt ud af, at for en heterogen besætning på, f.eks., 500 mennesker, der lever på en altædende, afbalanceret kost, 0,45 km² [0,17 mi²] kunstig jord ville være tilstrækkeligt til at dyrke al den nødvendige mad ved hjælp af en kombination af aeroponics (til frugter, grøntsager, stivelse, sukker, og olie) og konventionelt landbrug (for kød, fisk, mejeri, og honning)."

Disse værdier giver også nogle arkitektoniske begrænsninger for minimumsstørrelsen af ​​selve generationsskibet. Hvis vi antager, at skibet var designet til at generere kunstig tyngdekraft ved hjælp af centripetalkraft (dvs. en roterende cylinder), ville det være nødvendigt at være minimum omkring 224 meter (735 fod) i radius og 320 meter (1050 fod) i længden.

"Selvfølgelig, andre faciliteter udover landbrug er nødvendige - menneskelig beboelse, kontrolrum, elproduktion, reaktionsmasse og motorer, som gør rumskibet mindst to gange større, " tilføjede Dr. Marin. "Interessant nok, selvom vi fordobler længden af ​​rumskibet, vi finder en struktur, der stadig er mindre end den højeste bygning i verden - Burj Khalifa (828 m; 2716,5 ft)."

For entusiaster af interstellar rumudforskning, og missionsplanlæggere, denne seneste undersøgelse (og andre i serien) er meget betydningsfulde, i, at de giver et mere og mere klart billede af, hvordan missionsarkitekturen for et generationsskib ville se ud. Ud over blot teoretiske bud på, hvad der ville være involveret, disse undersøgelser giver faktiske tal, som videnskabsmænd måske kan arbejde med en dag.

Og som Dr. Marin forklarede, det får også sådan et storslået projekt (som virker skræmmende på dens ansigt) til at virke så meget mere gennemførligt:

"Dette arbejde giver os et indblik i den reelle mulighed for at skabe generationsskibe. Vi er allerede i stand til at bygge så store strukturer på Jorden. Vi har nu kvantificeret med præcision, hvor stor overfladen skal være dedikeret til landbrug i generationsskibe, så befolkningen kan fodre under århundreder lange ture."

Ifølge Marin, det eneste tilbageværende problem, der skal undersøges, er vand. Enhver mission, der involverer en stor besætning, der bruger op til et par århundreder i det interstellare rum, vil have brug for masser af vand til at drikke, vanding, og sanitet. Og det er ikke nok blot at stole på genbrugsmetoder for at sikre en stabil forsyning.

Det her, Marin angiver, vil være genstand for deres næste undersøgelse. "I det dybe rum (langt væk fra planeter, måner eller store asteroider), vand kan være meget svært at opsamle, " sagde han. "Så kan ressourcerne ombord lide under manglen på vand. Vi skal dedikere vores fremtidige undersøgelser til at løse dette problem."

Som med de fleste ting, der vedrører dyb rumudforskning eller kolonisering af andre verdener, the answer to the invariable question ("can it be done?") is almost always the same – "How much are you willing to spend?" There is no doubt that an interstellar mission, regardless of what form it might take, would require a massive commitment in terms of time, energi, and resources.

It would also require that people be willing to risk their lives, so only adventurous people would apply. But perhaps most of all, it would need the will to see it through. Barring urgency or extreme necessity (i.e. planet Earth is doomed), it's hard to imagine all of these factors coming together.

Imidlertid, knowing exactly how much it will cost us in terms of money, resources and time to mount such a project is a very good first step. Only then can humanity decide if they are willing to make the commitment.