Vil mennesker nogensinde bygge stjerneskibe?

"Vil vi nogensinde leve blandt stjernerne?"

Dette er Rachel Armstrongs store spørgsmål - og det er hun fast besluttet på at svare på. En professor i eksperimentel arkitektur ved Newcastle University i Storbritannien har Armstrong tænkt på nul-g-konstruktion for hele sin karriere og især siden han sluttede sig til Icarus Interstellar, et internationalt projekt designet til at fremme og lette interstellær flyvning i det 21. århundrede. "Det har at gøre med at gå ud over vores grænser og være mere end det vi er lige nu," siger hun. "Stjerneskibsspørgsmålet handler virkelig om menneskehedens natur. Og det er anderledes end at spørge om vi kan bygge et stjerneskib."

Kanen eller kan ikke ændres, men det ville eller ikke ville være et produkt af menneskeheden selv - vores ræsonnement, vores prioriteter. Konteksten for stjerneskibsspørgsmålet er befolkningstilvækst, miljøforringelse, videnskabelig forskning og impulsen til at udforske. Sammenlignet med alt det, er det nemt at definere emnet for undersøgelse: Et stjerneskib er ifølge Armstrong et fartøj, der kan bruges til at transportere organisk liv til verdener ud over vores solsystem. Der er to hovedkarakteristika, der adskiller et stjerneskib fra andre slags rumfartøjer: Evnen til at opretholde livet ombord i lang tid og evnen til at overføre det liv til andre måner og planeter.

Livet i rummet er en ting, vi kan gøre. Det er hvad ISS tilbyder. Hvad ISS ikke kan gøre, er at bevæge sig over galaktiske afstande. Fremdrift er, når det kommer til stjerneskibe, gnidning. Forskere vurderer, at for at komme til et andet stjernesystem inden for 100 år, ville et rumfartøj være nødt til at rejse omkring 10 procent lysets hastighed. Uden en kædedrev er tingene vanskelige.

Af alle de nuværende eller foreslåede teknologier mener Armstrong, at solsegler er mest realistiske. Et solsegl bruger stort set stråledrykket fra stjerner som fremdriftskraft. Strålingstrykket i dette tilfælde ville skubbe mod store, ultra-tynde spejle, der var knyttet til rumfartøjet som et sejl, der flyttede fremad ved meget høje hastigheder. Dette er en (forholdsvis) overkommelig type fremdrift. Faktisk er det så billigt, at det er grundlaget for The Planetary Society's borgerfinansierede LightSail-projekt, der afholdt et testflyvning i juni 2015. Der er ingen grund til at bære og opbevare nogen form for drivmiddel om bord.

"Vi kan faktisk begynde at bygge det," siger Armstrong.

Men der er ulemper. Hvis uventede klumper af rumstøv og snavs ramter sejlets tynde materiale, kan hele sagen blive skadet i sekunder. Armstrong siger, at en robotic sonde scanning for sådan rumskranke kunne hjælpe med at give nogle tidlige advarsler, men sejl ville stadig nødt til at udføre undvigende manøvrer. Hvis der ikke er sikkerhedskopieringsfremdrivningssystemer ombord, ville astronauterne være fuldstændig barmhjertige af strålingstryk og solvind, hvilket er mindre end forudsigeligt.

Der er andre mere radikale fremdrivningsteknologier, der sandsynligvis ville give større mening for større typer stjerneskibe. Nuklear magt giver mest mening. Vi kan allerede gøre nuklear fission (det er, hvordan vi driver atomreaktorer her på jorden), men nuklear fusion ville være meget mere effektivt. Mange andre former for konceptuelle teknologier bygger på fusionsteknologi, som at bruge lasere og elektronstråler til at fremdrive et skib fremad. Desværre ser vi ikke ud til at være tættere på at gøre fusion til virkelighed, end vi var ti år siden.

Den anden store hindring for stjerneskibsdesign er beboelighed. Det er en ting at sende folk til rummet og et andet for at holde dem i live. Armstrong hævder, at sidstnævnte kan gøres, men kun med jord.

"Hvis vi skal overleve, skal vi have brug for jord," siger hun. "Det er her organisk materiale er."

Jord er nødvendig for plantevækst, hvilket er nødvendigt for at producere ilt, frugt og grøntsager. Forskellige former for planter kan også give et væld af forskellige organiske materialer til hjælp i mange forskellige situationer. Desværre er denne forskning svært at forfølge. Den internationale verdensrumstraktat fra 1967 begrænser eksperimenter med mikroorganismer i ekstremt miljø. Forudsat at traktaten blev ændret, skulle forskere skulle finde ud af en måde at anvende dynamiske kemiske processer til at terraforme meget lokaliserede zoner. Dette ville kræve "super jord".

"Vi kan designe komplekse livstidsstoffer, der går ud over ideen om vand og luft blandet i visse forhold," siger Armstrong. "Hvis vi strategisk introducerede forskellige slags organismer og måske endda teknologiske stoffer, kan vi finde ud af, at jordbunden kan gøre en forfærdelig masse mere, end de naturligt gør."

Syntetisk biologi kunne endda hjælpe os med bioengineerplanter, der kunne spille en afgørende rolle i et stjerneskibs miljø. Disse planter kunne laves til at producere ilt i større mængder, aflevere mindre ressourcer, filtrere akvatiske systemer til at genbruge drikkevand, producere frugt og grøntsager i hurtigere satser mv.

Men et bæredygtigt habitat betyder ikke kun at give ressourcerne til at hjælpe med at vokse livet. Armstrong har brugt meget tid på at udforske "levende teknologier" - hvor metaboliske materialer virker som "en kemisk grænseflade eller et sprog, hvorigennem kunstige strukturer som arkitektur kan forbinde med naturlige systemer." Disse materialer har grundlæggende metaboliske træk, der tillader dem at omdanne til forskellige stater gennem energiprocesser. Armstrong er mest interesseret i at forstå, hvordan metaboliske materialer kunne deltage i skabelsen af ​​et økologisk landskab sammen med mere konventionelle strukturelle materialer.

Et eksempel er "protocelloliedråber", som kan bevæge sig rundt i et miljø og gennemgå komplekse adfærd baseret på skiftende forhold. Dette kan betyde at blive mere og mindre lysfølsomme; reagerer på vibrationer og ryster ændring af skiftende luftkompositioner ved at udgyde forskellige slags affaldsprodukter eller endda selvreparation efter at være beskadiget. Den sidste evne kunne være særlig nyttig til at skabe et lag rumfartøjskroppe, der hjælper med at minimere skader påført af andre usete genstande, der gør ondt omkring rummet, som små sten eller isbit.

Disse forhindringer gør det usandsynligt, at vi vil mødes med Armstrongs selvpålagte 2100 starship deadline. Selv om de teknologiske begrænsninger ikke var et problem, ville økonomiske og politiske kræfter utvivlsomt sætte processen langsomt. Alligevel er Armstrong håb, at med øget interesse i at gå tilbage til Månen og få mennesker til Mars, kan vi snart oprette en forskningsstation dedikeret udelukkende til at overveje, hvordan man bygger et stjerneskib.

"Vi er ret seriøse om at skabe en interplanetær civilisation," siger Armstrong.

"Selv om det ligner science fiction, opfordrer tankegang om stjerneskibe os til at tænke strategisk om, hvordan vi går på at gøre tingene på lang sigt, i kommende generationer. Vi ved ikke, hvad der skal ske næste, men vi skal gå ind i det ukendte."