私たちは皆、私たちの人生のある時点でこの質問をしました：星まで移動するのにどのくらいかかりますか？それは人の生涯の中にあるのでしょうか、そしてこの種の旅行はいつの日か標準になるのでしょうか？この質問には多くの可能な答えがあります。非常に単純なものもあれば、サイエンスフィクションの領域にあるものもあります。しかし、包括的な答えを出すことは、多くのことを考慮に入れることを意味します。
残念ながら、現実的な評価は、未来派や星間旅行の愛好家を完全に思いとどまらせるような答えを生み出す可能性があります。好むと好まざるとにかかわらず、スペースは非常に大きく、私たちのテクノロジーはまだ非常に限られています。しかし、「巣を離れる」ことを考えた場合、私たちの銀河で最も近い太陽系に到達するためのさまざまなオプションがあります。
地球に最も近い星は私たちの太陽です。これはヘルツスプルングのかなり「平均的な」星です–ラッセル図の「メインシーケンス」。これは、非常に安定しており、私たちの惑星で生命が進化するための適切なタイプの太陽光を地球に提供することを意味します。私たちは太陽系の近くに他の星を周回する惑星があり、これらの星の多くは私たちのものと似ています。
将来的に、人類が太陽系を離れたいと思った場合、私たちが旅行できる星の巨大な選択肢があり、多くの人が生きるための適切な条件を持つことができます。しかし、私たちはどこへ行き、そこに到達するのにどれくらいの時間がかかるのでしょうか？ 覚えておいてください。これはすべて推測であり、現在のところ星間旅行のベンチマークはありません。それが言われて、ここに行きます！
最寄りの星：
すでに述べたように、私たちの太陽系に最も近い星はプロキシマケンタウリです。そのため、このシステムへの星間ミッションを最初に計画することが最も理にかなっています。アルファケンタウリと呼ばれる三重星系の一部として、プロキシマは地球から約4.24光年（または1.3パーセク）離れています。アルファケンタウリは実際にはシステム内の3つの星の中で最も明るい星です。地球から接近して軌道を回るバイナリ4.37光年の一部ですが、プロキシマケンタウリ（3つのうち最も暗い）は、バイナリから約0.13光年の孤立した赤い矮星です。 。
そして、星間旅行は、ワープスピードやワームホールからジャンプドライブに至るまで、Faster-Than-Light（FTL）旅行のあらゆる種類のビジョンを思い起こさせますが、そのような理論は非常に推論的（Alcubierre Driveなど）であるか、完全に科学の州ですフィクション。おそらく、どんな深宇宙ミッションでも、数日や瞬間的なフラッシュではなく、何世代もかかるでしょう。
それでは、宇宙旅行の最も遅い形式の1つから始めて、プロキシマケンタウリに到達するのにどのくらいかかりますか？
現在の方法：
太陽系内の既存の技術と物体を扱う場合、宇宙のどこかに到達するのにどれくらいの時間がかかるかという問題は、やや簡単です。たとえば、ヒドラジン単元推進薬を燃料とする16基のスラスタで構成されるニューホライズンミッションの原動力となった技術を使用すると、月に到達するのにわずか8時間35分かかります。
一方、欧州宇宙機関（ESA）のSMART-1ミッションでは、イオン推進法を使用して月まで移動しました。この革新的なテクノロジーにより、ドーン宇宙船がその変種を使用してヴェスタに到達したSMART-1ミッションは、月に到達するまでに1年、1ヶ月、2週間かかりました。
そのため、高速ロケット推進型宇宙船から経済的なイオンドライブまで、ローカルスペースを移動するためのいくつかのオプションがあります。さらに、木星や土星を使用して、重たい重力スリングショットを作成することもできます。ただし、ミッションをもう少し離れた場所に計画する場合は、テクノロジーを拡大して、実際に可能なことを検討する必要があります。
可能な方法とは、既存の技術を使用する方法、またはまだ存在していないが技術的に実現可能な方法を指します。後でわかるように、一部は古くからの実績があり、実績がありますが、その他は新興またはまだボード上にあります。ただし、ほとんどすべてのケースで、最も近い星に到達するための可能なシナリオ（ただし、非常に時間がかかるか、または費用がかかる）が提示されます…
イオン推進：
現在、最も遅い形式の推進力と最も燃料効率の良いものは、イオンエンジンです。数十年前、イオン推進力はSFの主題であると考えられていました。しかし、近年、イオンエンジンをサポートする技術は、理論から実践へと大きく移行しています。たとえば、ESAのSMART-1ミッションは、地球から13か月のらせん状の経路をたどった後、月へのミッションを正常に完了しました。
SMART-1は、太陽電池式イオンスラスタを使用しました。この場合、電気エネルギーは、ソーラーパネルから収集され、ホール効果スラスタに電力を供給するために使用されました。 SMART-1を月に推進するために使用されたキセノン推進剤はわずか82 kgでした。 1 kgのキセノン推進剤は45 m / sのdelta-vを提供しました。これは非常に効率的な推進形式ですが、決して高速ではありません。
イオン駆動技術を使用する最初の使命の1つは、 ディープスペース1 ボレリー彗星へのミッションは1998年に行われました。DS1はキセノン駆動のイオンドライブも使用し、推進剤81.5 kgを消費しました。 20か月以上の推力で、DS1は、彗星の接近飛行中に56,000 km / hr（35,000マイル/ hr）の速度に到達するように管理されました。
したがって、推進剤の単位質量あたりの推力（別名、特定の衝撃）がはるかに高いため、イオンスラスタはロケット技術よりも経済的です。しかし、イオンスラスタが宇宙船をあらゆる速度まで加速するには長い時間がかかり、達成できる最大速度は、燃料供給とそれが生成できる電気エネルギーの量に依存します。
したがって、イオン推進をプロキシマケンタウリへのミッションに使用する場合、スラスタには大量のエネルギー生成源（つまり、原子力）と大量の推進剤（ただし、従来のロケットよりはまだ少ない）が必要になります。しかし、キセノン推進剤81.5 kgの供給が最大速度56,000 km / hrに変換される（そして、それをさらに加速するための重力スリングショットなど、利用可能な推進力の他の形式がない）という仮定に基づいて、一部の計算では作られる。
つまり、最高速度56,000 km / hで、 ディープスペース1 引き継ぐ 81,000年 地球とプロキシマケンタウリの間の4.24光年を通過します。その時間スケールを展望すると、2,700世代以上になります。したがって、惑星間イオンエンジンのミッションは、有人の星間ミッションとして検討するには遅すぎると言えるでしょう。
しかし、イオンスラスタをより大きく、より強力にした場合（つまり、イオン排気速度を大幅に高くする必要がある場合）、宇宙船が4.243光年の旅全体を維持するのに十分な推進剤を運ぶことができる場合、その移動時間は大幅に長くなる可能性があります減少。それでも、誰かの人生で起こるには十分ではありません。
重力アシスト法：
宇宙旅行の既存の最速の手段は、重力アシスト法として知られています。これは、惑星の相対運動（つまり、軌道）と重力を使用して、軌道と速度を変更する宇宙船を含みます。重力アシストは、特に地球や別の巨大惑星（ガス巨人のような）を使って速度を上げる場合に、非常に有用な宇宙飛行技術です。
の マリナー10 宇宙船はこの方法を最初に使用し、1974年2月に金星の重力を利用して水星に向けてパチンと打ちました。1980年代、 ボイジャー1 プローブは、土星と木星を重力スリングショットに使用して、現在の速度を60,000 km / hr（38,000マイル/ hr）にし、それを星間空間にしました。
しかし、それは ヘリオス2 1976年に打ち上げられた、太陽から0.3 AUから1 AUの惑星間物質を研究するミッション。重力アシストで達成された最高速度の記録を保持しています。当時の、 ヘリオス1 （1974年に発売）と ヘリオス2 太陽に最も近いアプローチの記録を保持しました。 ヘリオス2 従来のNASA Titan / Centaurロケットによって打ち上げられ、高度に楕円の軌道に配置されました。
近日点でのプローブの太陽軌道（190日）の大きな離心率（0.54）により、 ヘリオス2 240,000 km / hr（150,000マイル/ hr）を超える最大速度に到達できました。この軌道速度は、太陽だけの引力によって達成されました。技術的には、 ヘリオス2 近日点速度は重力スリングショットではなく、最大軌道速度でしたが、それでも、最速の人工物体であるという記録を保持しています。
だから、 ボイジャー1 赤い矮星Proxima Centauriの方向に60,000 km / hrの一定速度で移動していた場合、その距離を移動するには76,000年（または2,500世代以上）かかります。しかし、それが記録破りのスピードを達成できれば ヘリオス2太陽に近づく–一定速度240,000 km / hr –時間がかかる 19,000年 （または600世代以上）4.243光年を旅行します。大幅に改善されましたが、まだ実用性の領域にはありません。
電磁（EM）ドライブ：
提案されている別の星間移動方法は、EMドライブとも呼ばれる無線周波数（RF）共振空洞スラスタの形で提供されます。 2001年にサテライト推進研究所（SPR）を設立してそれを実現させるために英国の科学者であるロジャーK.ショーヤーが最初に提案したこのドライブは、電磁マイクロ波空洞が電気エネルギーを直接変換して推進することができるという考えに基づいて構築されています。
従来の電磁スラスタは、特定のタイプの質量（イオン化された粒子など）を推進するように設計されていますが、この特定の駆動システムは、反応質量に依存せず、指向性放射を放出しません。そのような提案は、主にそれが運動量の保存の法則に違反しているという大きな懐疑論に遭遇しました。これは、システム内で、運動量は一定のままであり、作成も破壊もされず、力。
ただし、デザインを使用した最近の実験では、明らかに良い結果が得られています。 2014年7月、オハイオ州クリーブランドで開催された第50回AIAA / ASME / SAE / ASEEジョイント推進会議で、NASAの高度な推進力研究の研究者たちは、電磁推進ドライブの新しい設計のテストに成功したと主張しました。
これは、NASAイーグルワークス（ジョンソン宇宙センターの一部）の研究者がドライブを真空で正常にテストしたと主張した2015年4月に追跡され、実際に宇宙で動作する可能性があることを示しています。同じ年の7月に、ドレスデン工科大学の宇宙システム部門の研究チームが独自のバージョンのエンジンを製造し、検出可能な推力を観察しました。
そして2010年、中国西安にあるNorthwestern Polytechnical UniversityのJuan Yang教授は、EM Driveテクノロジーに関する彼女の研究に関する一連の論文を発表し始めました。これは彼女の2012年の論文で最高潮に達し、そこでより高い入力電力（2.5kW）を報告し、推力（720mN）レベルをテストしました。 2014年、彼女はさらに、熱電対が埋め込まれた内部温度測定を含む広範なテストを報告しました。これにより、システムが機能したことが確認されたようです。
NASAプロトタイプ（0.4 N /キロワットの電力推定値が得られた）に基づく計算によると、EMドライブを搭載した宇宙船は、18か月未満で冥王星に移動できました。これは、New Horizonsプローブがそこに到達するのにかかった時間の6分の1で、58,000 km / h（36,000 mph）に近い速度で移動していました。
印象的ですね。しかし、そのレートでさえ、EMエンジンを搭載した船は 13,000年 船がプロキシマケンタウリに到着するため。近づいてきましたが、足りませんそして、テクノロジーが確実に機能することが証明されるまでは、卵をこのバスケットに入れることはあまり意味がありません。
原子力サーマル/原子力電気推進（NTP / NEP）：
星間宇宙飛行のもう1つの可能性は、NASAが何十年も探究してきた核エンジンを搭載した宇宙船を使用することです。核熱推進（NTP）ロケットでは、ウランまたは重水素反応を使用して、原子炉内の液体水素を加熱し、イオン化水素ガス（プラズマ）に変え、ロケットノズルを通過して推力を生成します。
原子力電気推進（NEP）ロケットには、同じ基本的な原子炉が熱とエネルギーを電気エネルギーに変換し、電気エンジンに動力を供給します。どちらの場合でも、ロケットは、NASAおよび他のすべての宇宙機関の主力であった化学推進剤ではなく、核分裂または核融合に推進力を生成します。
化学推進と比較して、NTPとNECの両方に多くの利点があります。最初で最も明白なのは、ロケット燃料と比較して提供される事実上無制限のエネルギー密度です。さらに、原子力エンジンは、使用される推進剤の量に比べて優れた推力を提供することもできます。これにより、必要な推進剤の総量が削減され、打ち上げ重量と個々のミッションのコストが削減されます。
核熱機関が飛んだことはありませんが、過去数十年にわたっていくつかの設計概念が構築およびテストされており、多数の概念が提案されてきました。これらは、従来のソリッドコア設計（ロケットエンジン用原子力エンジン（NERVA）など）から、液体コアまたはガスコアのいずれかに依存するより高度で効率的なコンセプトにまで及んでいます。
ただし、燃費と比推力におけるこれらの利点にもかかわらず、最も洗練されたNTPコンセプトは、最大比推力が5000秒（50 kN・s / kg）です。 NASAの科学者たちは、核分裂または核融合によって駆動される核エンジンを使用して、惑星が「反対」にあるとき、つまり地球から55,000,000 kmの距離にあるときに、宇宙船が火星までたった90日しかかからないと推定しています。
しかし、プロキシマケンタウリへの片道の旅に合わせて調整された場合でも、核ロケットは光速の何分の1かを飛んでいるところまで加速するのに何世紀もかかります。その場合、数十年の移動時間を必要とし、その後、目的地に到達するまでにさらに何世紀も減速します。すべてが言った、私たちはまだ話している 1000年 目的地に到着する前に。惑星間ミッションに適していますが、星間ミッションにはあまり適していません。
理論的な方法：
既存のテクノロジーを使用すると、科学者や宇宙飛行士を星間ミッションに派遣するのにかかる時間は法外に遅くなります。もし私たちがその人生を一生、あるいは一世代でさえも作りたいのなら、もう少し過激な（別名、非常に理論的な）何かが必要になるでしょう。そして、ワームホールとジャンプエンジンは現時点ではまだ純粋なフィクションかもしれませんが、長年にわたって検討されてきたいくつかのかなり高度なアイデアがあります。
核パルス推進:
核パルス推進は、理論的に可能な形式の高速宇宙旅行です。このコンセプトは、1946年にマンハッタンプロジェクトに参加したポーランド系アメリカ人の数学者であるスタニスワフウラムによって最初に提案され、1947年にF.レイネスとウラムによって予備計算が行われました。プロジェクトオリオンとして知られる実際のプロジェクトは、 1958年から1963年まで続きました。
Orionは、General AtomicsのTed Taylorと、プリンストンの高等研究所の物理学者Freeman Dysonが率いるパルス核爆発の力を利用して、非常に高い比推力（つまり、重量またはロケットが継続的に発砲できる秒数）。
簡単に言うと、Orionの設計には、大量の熱核弾頭が搭載された大型の宇宙船が含まれており、背後に爆弾を放ち、「プッシャー」と呼ばれるリアマウントされたパッドを使用して爆発波に乗って推進力を実現します。各爆風の後、爆発力はこのプッシャーパッドによって吸収され、推力が運動量に変換されます。
現代の標準ではほとんどエレガントではありませんが、この設計の利点は、比エネルギーが高いことです。つまり、燃料源（この場合は核爆弾）から最大のエネルギーを最小のコストで抽出します。さらに、この概念は理論的には非常に高速を実現できますが、一部の見積もりでは、光速の5％（または5.4×107 km / hr）。
しかしもちろん、設計には避けられない欠点があります。一つには、このサイズの船は建造するのに信じられないほど高価になるでしょう。 1968年にダイソンによって作成された推定によると、推進力を生成するために水素爆弾を使用したオリオン宇宙船は、40万から4百万メートルトンの重さになります。そして、その重量の少なくとも4分の3は核爆弾で構成されており、各弾頭の重量は約1メートルトンです。
総じて、ダイソンの最も保守的な見積もりでは、オリオン船の建造にかかる総費用は367億ドルに上っています。インフレを調整すると、およそ2.5兆ドルになり、これは米国政府の現在の年間収入の3分の2以上を占めています。したがって、たとえ最軽量であっても、このクラフトの製造コストは非常に高くなります。
放射性廃棄物は言うまでもなく、それが生成するすべての放射線のわずかな問題もあります。実際、核実験を制限し、核の放射性降下物の惑星大気への過剰な放出を阻止しようとした1963年の部分実験禁止条約の可決により、プロジェクトが終了したと考えられているのはこのためです。
フュージョンロケット：
利用される原子力の領域内の別の可能性は、推力を生成するために熱核反応に依存するロケットを含みます。このコンセプトでは、重水素/ヘリウム3の混合物のペレットが電子ビームを使用した慣性閉じ込めによって反応室内で点火されるときにエネルギーが生成されます（カリフォルニアの国立点火施設で行われているものと同様）。この核融合炉は、毎秒250ペレットを爆発させて高エネルギープラズマを生成し、次に磁気ノズルによって誘導されて推力を生成します。
原子炉に依存するロケットのように、このコンセプトは、燃料効率と特定のインパルスに関する限り、利点を提供します。最大10,600 km / sの排気速度が推定され、これは従来のロケットの速度をはるかに超えています。さらに、このテクノロジーは過去数十年にわたって広く研究されており、多くの提案がなされてきました。
たとえば、1973年から1978年の間に、英国惑星協会はプロジェクトダイダロスとして知られている実現可能性調査を実施しました。この研究では、核融合技術と既存の方法に関する現在の知識に基づいて、1生涯でバーナードの星（地球から5.9光年）に移動する2段階の無人科学プローブの作成を求めていました。
最初のステージは2つのうち大きい方で、2.05年間動作し、宇宙船を光速の7.1％に加速します（o.071 c）。この段階で投棄され、その時点で2番目の段階でエンジンに点火し、宇宙船を光速の約12％まで加速します（0.12 c）1.8年の間に。その後、第2段階のエンジンが停止し、船は46年の巡航期間に入ります。
プロジェクトの見積もりによると、ミッションはバーナードの星に到達するのに50年かかります。プロキシマケンタウリに合わせて調整され、同じ工芸品が 36歳。しかしもちろん、このプロジェクトは、当時の最新のテクノロジーを使用してそれを実行不可能にする多くの障害を特定しました。それらのほとんどはまだ解決されていません。
たとえば、ヘリウム3は地球上で不足しているという事実があります。つまり、ヘリウム3は他の場所（おそらく月面）で採掘する必要があります。第二に、宇宙船を動かす反応は、放出されるエネルギーが、反応を引き起こすために使用されるエネルギーを大幅に超えることを要求します。そして、ここ地球での実験は「損益分岐点の目標」を超えていますが、星間宇宙船を動かすために必要なエネルギーの種類からはまだ遠く離れています。
第三に、そのような船を建造するためのコスト要因があります。プロジェクトダイダロスの無人船のささやかな基準でさえ、完全に燃料を補給した船は60,000メートルもの重さになります。これを展望すると、NASAのSLSの総重量は30 Mtをわずかに超えており、1回の打ち上げには50億ドルの価格が付けられています（2013年に行われた推定に基づく）。
要するに、核融合ロケットは建造するのに法外に高価であるだけではない。また、現在私たちの手段を超えているレベルの核融合炉技術が必要になります。 Icarus Interstellarは、ボランティアの市民科学者（一部はNASAまたはESAで働いていた）の国際組織で、Project Icarusでコンセプトの活性化を試みてきました。 2009年に設立されたこのグループは、フュージョン推進力（とりわけ）を近い将来実現可能にすることを望んでいます。
Fusion Ramjet：
Bussard Ramjetとしても知られているこの理論的な形式の推進力は、物理学者のRobert W. Bussardによって1960年に最初に提案されました。基本的には、磁場を使用して核燃料が水素燃料を核融合する点まで圧縮する、標準的な核融合ロケットに対する改良です。発生します。しかし、ラムジェットの場合、巨大な電磁ファンネルが星間物質から水素を「すくい取り」、それを燃料として原子炉に投入します。
船が速度を上げると、反応性物質が次第に収縮する磁場に押し込まれ、熱核融合が発生するまで磁場が圧縮されます。次に、磁場はエネルギーをロケットの排気としてエンジンノズルに向け、それにより船を加速させます。フュージョンラムジェットは、重さを測る燃料タンクがなければ、光速の4％に近い速度を達成し、銀河内のどこにでも移動できます。
ただし、この設計の潜在的な欠点は数多くあります。たとえば、ドラッグの問題があります。船は燃料を蓄積するために増加した速度に依存していますが、より多くの星間水素と衝突するので、特に銀河のより密な領域では、速度を失う可能性もあります。第2に、重水素とトリチウム（ここでは地球上の核融合炉で使用されます）は宇宙ではまれですが、通常の水素（これは宇宙で豊富に使用されます）の溶融は現在の方法を超えています。
この概念は、サイエンスフィクションで広く普及しています。おそらく、これの最もよく知られている例は、 スタートレック「Bussardコレクター」は、ワープエンジンの輝くナセルです。しかし、実際には、ラムジェットが可能になる前に、核融合反応に関する私たちの知識はかなり進歩する必要があります。また、そのような船の建造を検討する前に、厄介なドラッグの問題を理解する必要があります。
レーザーセイル：
ソーラーセイルは、太陽系を探索するための費用対効果の高い方法であると長い間考えられてきました。製造が比較的簡単で安価であることに加えて、燃料を必要としないソーラーセイルの追加のボーナスがあります。帆は、推進剤を必要とするロケットを使用するのではなく、星からの放射圧を使用して大型の超薄型ミラーを高速に押し上げます。
しかしながら、星間飛行のために、そのような帆は、それを光の速度に近づく速度まで押すために、集束されたエネルギービーム（すなわち、レーザーまたはマイクロ波）によって駆動される必要があります。このコンセプトはもともと、1984年にヒューズエアクラフトの研究所の物理学者であったロバートフォワードによって提案されました。
このコンセプトは、搭載燃料が不要であるという点でソーラーセイルの利点を保持していますが、レーザーエネルギーが太陽放射とほぼ同じ距離で散逸しないという事実からもです。したがって、レーザー駆動の帆は、ほぼ明るい速度まで加速するのに少し時間がかかりますが、それは光自体の速度にのみ制限されます。
NASAのジェット推進研究所の高度推進コンセプト研究の責任者であるロバートフリスビーが作成した2000年の研究によると、レーザー帆は10年足らずで光速の半分に加速される可能性があります。彼はまた、直径が約320 km（200マイル）の帆がプロキシマケンタウリにたどり着くと計算しました。 12年間。一方、直径約965 km（600マイル）の帆は真下に到着します。 9年.
ただし、このような帆は、溶解を回避するために高度な複合材料で構築する必要があります。そのサイズと組み合わせると、これはかなりのペニーになるでしょう！さらに悪いことに、レーザーを光速の半分の速度で駆動するのに十分な大きさで強力なレーザーを構築することによる膨大な費用です。フリスビー自身の調査によると、レーザーは、17,000テラワットの電力の安定した流れを必要とします。これは、全世界が1日に消費する電力に近い値です。
反物質エンジン：
SFのファンは反物質について聞いたことがあるはずです。ただし、そうでない場合は、反物質は本質的に反粒子で構成された材料であり、通常の粒子と同じ質量で反対の電荷を持っています。一方、反物質エンジンは、物質と反物質の間の相互作用を使用して動力を発生させたり、推力を生み出したりする一種の推進力です。
つまり、反物質エンジンは、水素と反水素の粒子が一緒に叩きつけられることを含みます。この反応により、熱核爆弾と同じくらいのエネルギーが放出され、パイ中間子やミュー粒子と呼ばれる素粒子のシャワーが発生します。光の速度の3分の1で移動するこれらの粒子は、磁気ノズルによって運ばれて推力を生成します。
このクラスのロケットの利点は、物質と反物質の混合物の残りの質量の大部分がエネルギーに変換され、反物質ロケットが提案されている他のどのクラスのロケットよりもはるかに高いエネルギー密度と比推力を持つことです。さらに、この種の反応を制御すると、ロケットが光速の半分まで押し上げられる可能性があります。
ポンド単位で、このクラスの船は、これまでに考えられた中で最速かつ最も燃料効率が良いでしょう。従来のロケットは宇宙船を目的地まで推進するために大量の化学燃料を必要としますが、反物質エンジンは数ミリグラムの燃料で同じ仕事をすることができます。実際、半ポンドの水素と反水素粒子の相互消滅は、10メガトンの水素爆弾よりも多くのエネルギーを放出します。
この正確な理由で NASA Institute for Advanced Concepts（NIAC）は、この技術を将来の火星ミッションの可能な手段として調査しました。残念ながら、近くの星系への任務を考えているとき、旅行をするのに必要な燃料の量は指数関数的に増加し、そしてそれを生産することに関連するコストは天文学的なものです（駄洒落ではありません！）。
第39回AIAA / ASME / SAE / ASEE共同推進会議および展示会（同じくロバートフリスビーによる）で作成されたレポートによると、2段階の反物質ロケットは、815,000メートルトン（900,000 USトン）以上の燃料を必要とします約40年でプロキシマケンタウリに。タイムラインに関する限り、それは悪くないことです。しかし、コストは…
1グラムの反物質は信じられないほどの量のエネルギーを生成しますが、1グラムだけを生成するには、約2,500億億キロワット時のエネルギーと1兆ドルを超えるコストが必要になると推定されています。現在、人間が作成した反物質の総量は20ナノグラム未満です。
そして、私たちが安価で反物質を生産できたとしても、必要な量の燃料を保持するために巨大な船が必要になります。アリゾナのEmbry-Riddle Aeronautical UniversityのDarrel Smith博士とJonathan Webby博士の報告によると、反物質エンジンを搭載した星間船は、光速0.5に達し、少し上でプロキシマケンタウリに到達する可能性があります。 8年。ただし、船自体の重量は400メートルトン（441 USトン）であり、移動するには170メートルトン（187 USトン）の反物質燃料が必要です。
これを回避する方法としては、反物質を作成できる容器を作成し、それを燃料として保存する方法があります。真空対反物質ロケット星間探査機システム（VARIES）として知られているこの概念は、イカルス星間探検家のリチャード・オブスィーによって提案されました。その場での燃料補給のアイデアに基づいて、VARIES船は空のスペースで発射されると反物質の粒子を生成する大きなレーザー（巨大な太陽電池アレイを搭載）に依存します。
Ramjetのコンセプトと同様に、この提案は、宇宙から燃料を利用することで燃料を運ぶ問題を解決します。しかし、繰り返しになりますが、このような船の実際のコストは、現在の技術を使用すると非常に高価になります。さらに、反物質を大量に作成する機能は、現在私たちが実行する力を持っているものではありません。物質と物質の消滅により高エネルギーのガンマ線が爆発する可能性があるため、放射線の問題もあります。
これは乗組員に危険をもたらすだけでなく、かなりの放射線遮蔽を必要とするだけでなく、エンジンが遮蔽されて、それらが曝されるすべての放射線による原子分解を受けないようにする必要があります。つまり、アンチマターエンジンは、現在の技術や現在の予算環境では完全に非現実的です。
Alcubierreワープドライブ：
SFのファンは、Alcubierre（または「ワープ」）ドライブのコンセプトにも精通していることでしょう。 1994年にメキシコの物理学者ミゲルアルカビエールによって提案されたこの提案された方法は、アインシュタインの特殊相対性理論を破ることなくFTLの旅を可能にする試みでした。要するに、この概念は波の中で時空の構造を伸ばすことを含み、理論的にはオブジェクトの前のスペースを収縮させ、オブジェクトの後ろのスペースを拡大させます。
この波の内部のオブジェクト（つまり、宇宙船）は、相対論的速度を超えて、「ワープバブル」と呼ばれるこの波に乗ることができます。船はこのバブルの中では動いておらず、動いているときに運ばれているので、時空と相対性理論は適用されなくなります。その理由は、この方法はローカルな意味での光よりも速く動くことに依存していないからです。
ワープバブルの外側を移動する光線よりも速く目的地に到達できるという意味では、「光よりも速い」だけです。したがって、宇宙船にアルカビエールドライブシステムを装備できると仮定すると、宇宙空間でプロキシマケンタウリに移動できます。 4年未満。したがって、理論的な星間宇宙旅行に関しては、これは、少なくとも速度の点で、群を抜いて最も有望な技術です。
当然のことながら、この概念は何年にもわたって反論の共有を受けてきました。それらの中で最も重要なのは、量子力学を考慮に入れておらず、すべての理論（ループ量子重力など）によって無効にされる可能性があるという事実です。必要なエネルギー量の計算は、ワープドライブが動作するには非常に大きな電力を必要とすることも示しています。その他の不確実性には、そのようなシステムの安全性、目的地での時空への影響、因果関係の違反などがあります。
However, in 2012, NASA scientist Harold Sonny White announced that he and his colleagues had begun researching the possibility of an Alcubierre Drive. In a paper titled “Warp Field Mechanics 101“, White claimed that they had constructed an interferometer that will detect the spatial distortions produced by the expanding and contracting spacetime of the Alcubierre metric.
In 2013, the Jet Propulsion Laboratory published results of a warp field test which was conducted under vacuum conditions. Unfortunately, the results were reported as “inconclusive”. Long term, we may find that Alcubierre’s metric may violate one or more fundamental laws of nature. And even if the physics should prove to be sound, there is no guarantee it can be harnessed for the sake of FTL flight.
In conclusion, if you were hoping to travel to the nearest star within your lifetime, the outlook isn’t very good. However, if mankind felt the incentive to build an “interstellar ark” filled with a self-sustaining community of space-faring humans, it might be possible to travel there in a little under a century if we were willing to invest in the requisite technology.
But all the available methods are still very limited when it comes to transit time. And while taking hundreds or thousands of years to reach the nearest star may matter less to us if our very survival was at stake, it is simply not practical as far as space exploration and travel goes. By the time a mission reached even the closest stars in our galaxy, the technology employed would be obsolete and humanity might not even exist back home anymore.
So unless we make a major breakthrough in the realms of fusion, antimatter, or laser technology, we will either have to be content with exploring our own Solar System or be forced to accept a very long-term transit strategy…
We have written many interesting articles about space travel here at Space Magazine. Here’s Will We Ever Reach Another Star?, Warp Drives May Come With a Killer Downside, The Alcubierre Warp Drive, How Far Is A Light Year?, When Light Just Isn’t Fast Enough, When Will We Become Interstellar?, and Can We Travel Faster Than the Speed of Light?
For more information, be sure to consult NASA’s pages on Propulsion Systems of the Future, and Is Warp Drive Real?
And fans of interstellar travel should definitely check out Icarus Interstellar and the Tau Zero Foundation websites. Keep reaching for those stars!
