O que é um navio de geração?

O sonho de viajar para outra estrela e plantar a semente da humanidade em um planeta distante ... Não é exagero dizer que cativou a imaginação dos seres humanos por séculos. Com o nascimento da astronomia moderna e a Era Espacial , até propostas científicas foram feitas sobre como isso poderia ser feito. Mas, é claro, viver em um universo relativístico apresenta muitos desafios para os quais não existem soluções simples.

Desses desafios, um dos maiores tem a ver com a enorme quantidade de energia necessária para levar os humanos a outra estrela dentro de suas próprias vidas. Por isso, alguns defensores da viagem interestelar recomendam o envio de naves que são mundos essencialmente miniaturizados que podem acomodar viajantes por séculos ou mais. Esses "navios de geração" (também conhecidos como naves espaciais ou arcas interestelares) são naves espaciais que são construídas para o transporte verdadeiramente longo.

A lógica por trás de uma nave de geração é simples: se você não puder viajar rápido o suficiente para chegar a outro sistema estelar dentro de uma única vida, construa uma embarcação grande o suficiente para transportar tudo o que seria necessário para uma longa viagem. Isso exigiria garantir que um navio possuísse um sistema de propulsão confiável, capaz de fornecer impulso constante durante a aceleração e desaceleração e as comodidades necessárias para prover várias gerações de seres humanos.

Além de tudo isso, o navio precisaria garantir que suas tripulações tivessem comida, água e ar respirável - o suficiente para durar séculos ou até milênios. Com toda a probabilidade, isso significaria criar um microclima de sistema fechado dentro do navio, completo com um ciclo da água, um ciclo do carbono e um ciclo do nitrogênio. Isso permitirá que os alimentos sejam cultivados e a água e o ar sejam continuamente reciclados.

Alcançando as estrelas mais próximas

A estrela mais próxima de nosso Sistema Solar é a Proxima Centauri, uma estrela de sequência principal do tipo M (anã vermelha) localizada a aproximadamente 4,24 anos-luz de distância. Essa estrela faz parte de um sistema de estrelas triplas que inclui o sistema Alpha Centauri, um binário que consiste em uma estrela principal do tipo Sun (uma anã amarela do tipo G) e uma estrela principal do tipo K (anã laranja).

Além de ser o sistema estelar mais próximo do nosso, o Proxima Centauri também é o lar do exoplaneta mais próximo da Terra - Proxima b . Este planeta terrestre (aka. Rochoso) - cuja descoberta foi anunciada em 2016 pelo European Southern Observatory (ESO) - tem o mesmo tamanho da Terra (1,3 massa terrestre) e orbita na zona habitável circunsolar de sua estrela.

O próximo exoplaneta mais próximo que orbita dentro do HZ de sua estrela é Ross 128b, um exoplaneta do tamanho da Terra que orbita uma estrela anã vermelha a cerca de 11 anos-luz de distância. A próxima estrela mais próxima do Sol é Tau Ceti, que fica a menos de 12 anos-luz de distância e tem um candidato potencialmente habitável (Tau Ceti e). De fato, existem 16 exoplanetas a 50 anos-luz da Terra que poderiam sustentar a vida.

Impressão artística de Proxima orbitando a estrela anã vermelha Proxima Centauri, a estrela mais próxima do Sistema Solar. Crédito: ESO / M. Kornmesser

Mas, como exploramos em um artigo anterior, viajar até a estrela mais próxima levaria muito tempo e exigiria uma quantidade enorme de energia. Usando meios convencionais de propulsão, pode levar entre 19.000 e 81.000 anos para chegar lá. Usando métodos propostos que foram testados, mas ainda não construídos (como foguetes nucleares ), o tempo de viagem é reduzido para cerca de 1000 anos.

Existem métodos propostos que são capazes de alcançar as estrelas mais próximas em uma única vida, como a propulsão de energia direcionada - por exemplo, Breakthrough Starshot . Para esse conceito, uma vela leve e uma espaçonave em escala de grama poderiam ser aceleradas para 20% a velocidade da luz (0,2 c ), fazendo assim a jornada para Alpha Centauri em apenas 20 anos. No entanto, Starshot e propostas semelhantes são conceitos desparafusados.

Além disso, os únicos métodos possíveis para enviar seres humanos para outro sistema estelar são tecnicamente viáveis ​​(mas não desenvolvidos) ou inteiramente teóricos (como o Alcubierre Warp Drive ). Com isso em mente, muitos cientistas elaboraram propostas que abandonariam a velocidade e, em vez disso, se concentrariam em acomodar equipes durante a longa viagem.

Exemplos de ficção

O exemplo mais antigo registrado parece ter sido feito pelo engenheiro e escritor de ficção científica John Munro, em seu romance A Trip to Venus (1897). Nele, ele menciona como a humanidade pode se tornar uma espécie interestelar um dia:

“Com uma embarcação grande o suficiente para conter as necessidades da vida, um grupo seleto de senhoras e senhores poderia começar a Via Láctea e, se tudo desse certo, seus descendentes chegariam lá no decurso de alguns milhões de anos. "

A vista do interior de uma espaçonave maciça e cilíndrica. Crédito: Don Davis / NASA

O conceito foi abordado com mais detalhes no romance de ficção científica de 1933 When World Collide , que foi co-escrito por Philip Wylie e Edwin Balmer. Nesta história, a Terra está prestes a ser destruída por uma estrela explosiva, o que força um grupo de astrônomos a criar uma enorme nave transportando uma tripulação de 50 pessoas, juntamente com gado e equipamentos, para um novo planeta.

Robert A. Heinlein também explorou os efeitos físicos, psicológicos e sociais de um navio de geração em um de seus primeiros romances, Órfãos do Céu . A história foi originalmente publicada como duas novelas separadas em 1941, mas foi relançada como uma única novela em 1963. A nave nesta história é conhecida como Vanguard , uma nave de geração que fica permanentemente à deriva no espaço após um motim que levou à morte. de todos os oficiais de pilotagem.

Gerações depois, os descendentes esqueceram o objetivo e a natureza da nave e acreditam que ela é o Universo inteiro. A maior parte da tripulação ainda vive dentro do cilindro, mas um grupo separado de "mutantes" (que alternadamente significa que são mutantes ou amotinados) vive nos conveses superiores, onde a gravidade é menor e a exposição à radiação causa mudanças físicas.

O encontro de Arthur C. Clarke com Rama (1973) é sem dúvida o exemplo mais conhecido de um navio geracional em ficção científica. Ao contrário de outros tratamentos fictícios do conceito, o navio nesta história era de origem extraterrestre! Conhecido como Rama, esse enorme cilindro espacial é um mundo independente que carrega os "Ramans" de um lado da galáxia para o outro.

A história começa quando uma tripulação da Terra é despachada para um encontro com o navio e para explorar o interior. No interior, eles encontram estruturas organizadas como cidades, infra-estrutura de transporte, um mar que se estende ao redor do centro e trincheiras horizontais que atuam como janelas. À medida que o navio se aproxima do Sol, a luz entra e o maquinário começa a ganhar vida.

Eventualmente, os astronautas humanos concluem que os edifícios são realmente fábricas e que o mar do navio é uma sopa química que será usada para criar "Ramans" quando chegar ao seu destino. Em última análise, porém, nosso Sistema Solar é apenas uma parada em sua jornada e é assim que os Ramans semeiam a galáxia com suas espécies.

Em Chasm City, de Alastair Reynold (2001) - que faz parte de sua série Revelation Space - grande parte da história se passa a bordo de uma série de grandes naves espaciais interestelares. Esses navios estão viajando para o Cygni 61, um sistema estelar binário composto por duas anãs laranja do tipo K, para colonizar um mundo conhecido ao longo da série como Sky's Edge.

Esses navios são descritos como cilíndricos e dependem da propulsão da antimatéria para viajar em velocidades relativísticas. Além de transportar um elogio de passageiros congelados criogênicamente, esses navios mantêm uma tripulação em condições de vigília e possuem todas as instalações e equipamentos necessários para mantê-los entretidos. Isso inclui alojamentos pessoais, refeitórios, baías médicas e centros de recreação.

Em 2002, a famosa autora de ficção científica Ursula K. LeGuin lançou sua própria opinião sobre os efeitos das viagens espaciais entre gerações, intituladas Paradises Lost . O cenário para esta história é o Discovery , um navio que viaja pelo espaço há gerações. À medida que aqueles que se lembram da Terra começam a morrer, as gerações mais jovens começam a sentir que a nave é mais tangível a elas do que a sabedoria sobre seu antigo mundo natal ou seu destino.

Eventualmente, surge uma nova religião chamada “Felicidade”, que ensina que a Descoberta (“céu da espaçonave” para os fiéis) está realmente ligada à eternidade, e não a outro planeta. Essa religião está sendo adotada para o desânimo da geração mais velha, que teme que seus filhos nunca mais desejem deixar o navio quando ele chegar. Esta história foi adaptada para uma ópera em 2012 também.

O romance Leviathan Wakes, de 2011, de James SA Corey (e parcelas subseqüentes da série Expanse ) apresenta um navio de geração chamado "Nauvoo". Esta embarcação está sendo construída por um grupo de mórmons para que eles possam viajar para outro sistema estelar e colonizar lá. O Nauvoo é descrito como maciço, de forma cilíndrica e gira para gerar gravidade artificial para sua tripulação.

Em Aurora (2015), de Kim Stanley Robin , a maior parte da história se passa a bordo de uma nave estelar interestelar de mesmo nome. Robinson descreve uma embarcação que usa dois torii rotativos para simular a gravidade enquanto as pessoas vivem em uma série de ambientes analógicos da Terra. Seu destino final é Tau Ceti, uma estrela parecida com o Sol, localizada a 12 anos-luz da Terra, onde eles pretendem colonizar um exomônio que orbita Tau Ceti e.

O navio é descrito como um navio da classe Orion que usa a explosão controlada de dispositivos termonucleares para gerar propulsão, juntamente com uma matriz eletromagnética usada para lançá-lo a partir do Sistema Solar. No estilo de assinatura de Robinson, atenção considerável também é dedicada à maneira como os colonos mantêm um equilíbrio cuidadoso a bordo de seus navios e aos efeitos psicológicos das viagens multigeracionais.

Propostas

Várias propostas foram feitas por cientistas e engenheiros desde o início do século XX. Muitas dessas propostas foram apresentadas na forma de estudos, enquanto outras foram popularizadas em romances de ficção científica. O exemplo mais antigo conhecido foi o ensaio de 1918, " The Ultimate Migration ", do pioneiro em foguetes Robert H. Goddard (para quem o nome é Goddard Space Flight Center da NASA).

A tripulação passaria a jornada de séculos em animação suspensa, com o piloto sendo despertado em intervalos para fazer correções e manutenção do curso. Como ele escreveu:

“O piloto deve ser despertado ou animado, em intervalos, talvez de 10.000 anos para uma passagem para as estrelas mais próximas, e 1.000.000 anos para grandes distâncias ou para outros sistemas estelares. Para conseguir isso, um relógio operado por uma mudança de peso (e não por cargas elétricas, que produzem efeitos muito rápidos) de uma substância de radiação deve ser usado ... Esse despertar seria, é claro, necessário para dirigir o aparelho, se saiu do curso. ”

Ele também imaginou que a energia atômica poderia ser usada como fonte de energia; mas falhando nisso, uma combinação de hidrogênio e oxigênio, assim como energia solar, seria suficiente. Com base em seus cálculos, Goddard estimou que estes seriam suficientes para elevar o navio a velocidades de 4,8 a 16 km / s (3 a 10 mi / s), o que corresponde a 17.280 km / h a 57.936 km / h (10.737 36.000 mph) ou 5% a 20% da velocidade da luz.

Konstantin E. Tsiolkovsky, o "pai da teoria astronáutica", também abordou a idéia de uma nave espacial multigeracional em seu ensaio "O Futuro da Terra e da Humanidade" (1928). Tsiolkovsky descreveu uma colônia espacial (uma "Arca de Noé") que seria auto-suficiente e onde as equipes foram mantidas em condições de vigília até chegarem ao seu destino milhares de anos depois.

Outra descrição inicial de um navio de geração está no ensaio de 1929 " O Mundo, A Carne e o Diabo ", de JD Bernal (inventor da "Esfera Bernal"). Neste influente ensaio, Bernal escreveu sobre a evolução humana e seu futuro no espaço, que incluía embarcações que hoje descreveríamos como "naves da geração".

Em 1946, o matemático polonês-americano Stanislaw Ulam propôs uma nova idéia conhecida como Propulsão por Pulso Nuclear (NPP). Como um dos colaboradores do Projeto Manhattan, Ulam imaginou como os dispositivos nucleares seriam redirecionados para fins de exploração espacial. Em 1955, a NASA lançou o Projeto Orion com o objetivo de investigar o PNN como um meio para realizar viagens no espaço profundo.

Conceito artístico de uma nave estelar Enzmann, um conceito de foguete de fusão proposto em 1964. Crédito: Rick Sternbach

Este projeto (que decorreu oficialmente de 1958 a 1963) foi liderado por Ted Taylor, da General Atomics, e pelo físico Freeman Dyson, do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, Nova Jersey. Foi abandonado depois que o Tratado de Proibição Limitada de Testes (assinado em 1963) estabeleceu uma proibição permanente de testes nucleares na órbita da Terra.

Em 1964, o Dr. Robert Enzmann propôs o conceito mais detalhado para um navio de geração até hoje, posteriormente conhecido como " Nave Estelar de Enzmann ". Sua proposta pedia um navio que usasse combustível de deutério para gerar reações de fusão e atingir uma pequena porcentagem da velocidade da luz. A embarcação mediria 600 metros (2000 pés) de comprimento e acomodaria uma tripulação inicial de 200 (com espaço para expansão).

Durante a década de 1970, a Sociedade Interplanetária Britânica conduziu um estudo de viabilidade para viagens interestelares conhecido como Projeto Daedalus . Este estudo pediu a criação de uma nave espacial de fusão de dois estágios que seria capaz de fazer uma viagem à Estrela de Barnard (5,9 anos-luz da Terra) em uma única vida. Embora esse conceito fosse para uma espaçonave não tripulada, a pesquisa informaria idéias futuras para missões tripuladas.

Por exemplo, a organização internacional Icarus Interstellar tentou revitalizar o conceito na forma do Projeto Icarus . Fundados em 2009, os cientistas voluntários da Icarus (muitos dos quais trabalharam para a NASA e a ESA) esperam tornar a propulsão por fusão e outros métodos avançados de propulsão uma realidade no século XXI.

Interior de um navio de geração testemunhando um eclipse solar. Crédito: Don Davis / NASA

Também foram realizados estudos que consideraram a antimatéria como um meio de propulsão. Este método envolveria a colisão de átomos de hidrogênio e anti-hidrogênio em uma câmara de reação, que oferece os benefícios de uma incrível densidade de energia e baixa massa. Por esse motivo, a NASA Instituto de Conceitos Avançados (NIAC) está pesquisando a tecnologia como um meio possível para missões de longa duração.

Entre 2017 e 2019, o Dr. Frederic Marin, do Observatório Astronômico de Estrasburgo, conduziu uma série de estudos altamente detalhados sobre os parâmetros necessários para um navio de geração - incluindo tamanho mínimo da tripulação, diversidade genética e tamanho do navio. Em todos os casos, ele e seus colegas confiaram em um novo tipo de software numérico (chamado HERITAGE ) que eles mesmos criaram.

Nos dois primeiros estudos, o Dr. Marin e seus colegas realizaram simulações que mostraram que uma equipe mínima de 98 (máx. 500) seria acoplada a um banco criogênico de esperma, óvulos e embriões para garantir a sobrevivência (mas evitando a superlotação). ), bem como diversidade genética e boa saúde à chegada.

No terceiro estudo , o Dr. Marin e outra equipe de pesquisadores determinaram que uma nave de geração precisaria medir 320 metros (1050 pés) de comprimento, 224 metros (735 pés) de raio e conter pelo menos 450 m² (~ 4.850 pés²) ) de terras artificiais para fins agrícolas. Essa terra também garantiria que a água e o ar do navio fossem reciclados como parte de um microclima.

Um conceito para um navio de várias gerações sendo projetado pela Equipe de Naves TU Delft (DSTART), com o apoio da ESA. Crédito e direitos autorais: Nils Faber & Angelo Vermeulen

Vantagens

A principal vantagem de um navio de geração é o fato de poder ser construído usando tecnologia comprovada e não precisará esperar avanços consideráveis ​​em tecnologia. Além disso, o objetivo central do conceito é renunciar à questão da velocidade e da massa propulsora para garantir que uma tripulação de seres humanos possa eventualmente colonizar outro sistema estelar.

Como exploramos em um artigo anterior , uma nave de geração também cumpriria dois objetivos principais de exploração espacial: manter uma colônia humana no espaço e permitir a viagem a um exoplaneta potencialmente habitável. Além disso, uma equipe com centenas ou milhares multiplicaria as chances de colonizar com sucesso outro planeta. 

Por último, mas não menos importante, o ambiente espaçoso de um navio de geração permitiria a busca de vários métodos. Por exemplo, parte da tripulação pode ser mantida em condições de vigília durante a viagem, enquanto outra parte pode ser mantida em suspensão criogênica. As pessoas também poderiam ser revividas e voltar à suspensão em turnos, minimizando assim os efeitos psicológicos da jornada de longa duração.

Infelizmente, é aí que as vantagens terminam e os problemas / desafios começam.

Desvantagens

A desvantagem mais óbvia de uma nave de geração é o alto custo de construir e manter naves espaciais tão grandes, o que seria proibitivo. Há também os perigos de enviar equipes humanas para o espaço profundo por períodos tão longos de tempo. Em uma viagem que levaria séculos ou milênios, há a possibilidade distinta de que a tripulação sucumba a sentimentos de isolamento e tédio e se vire.

Depois, há os problemas fisiológicos que uma jornada multi-geracional pelo espaço poderia acarretar. É sabido que o ambiente de radiação no espaço profundo é significativamente diferente do ambiente na Terra ou em baixa órbita terrestre (LEO). Mesmo com a proteção contra radiação, a exposição prolongada aos raios cósmicos pode ter um sério impacto na saúde da tripulação.

Embora a suspensão criogênica possa ajudar a mitigar alguns desses problemas, os efeitos a longo prazo da criogenia na fisiologia humana ainda não são conhecidos. Isso significa que testes extensivos seriam necessários antes que uma missão desse tipo pudesse ser tentada. Isso apenas contribui para as considerações éticas e morais gerais que esse conceito implica.

Por fim, existe a possibilidade de que o progresso tecnológico subsequente leve ao desenvolvimento de naves espaciais mais rápidas e avançadas. Essas naves, que partiram da Terra depois de muito tempo depois, poderiam ser capazes de ultrapassar a nave de geração antes que ela chegasse ao seu destino - tornando assim toda a jornada inútil.

Ilustração e escala logarítmica do Sistema Solar, Heliosfera e Meio Interestelar. Crédito: NASA-JPL

Conclusões

Dado o alto custo de construção de um navio de geração, os riscos de fazer uma jornada tão longa, o número de incógnitas envolvidas e a possibilidade de que isso não se tornasse inútil pelo avanço da tecnologia, é preciso fazer a pergunta: vale a pena? Infelizmente, como tantas perguntas relacionadas a viagens espaciais multigeracionais, não há uma resposta clara.

No final, se os recursos estiverem disponíveis e a vontade de fazê-lo estiver lá, os seres humanos poderão muito bem tentar essa missão eventualmente. Não haverá garantia de sucesso e, mesmo que a tripulação consiga chegar a outro sistema estelar e colonize um planeta distante, serão milênios antes que alguém na Terra ouça seus descendentes.

Nestas circunstâncias, pareceria mais sensato esperar apenas mais avanços tecnológicos e tentar se tornar interestelar mais tarde. No entanto, nem todo mundo pode não estar tão disposto a esperar, e a história tende a se lembrar daqueles que desafiam as probabilidades e assumem riscos. E como empreendimentos como Mars One nos mostraram, não faltam pessoas dispostas a arriscar suas vidas para colonizar um mundo distante!

Escrevemos muitos artigos sobre o assunto de Navios de geração aqui no Universe Today. Aqui está qual é o número mínimo de pessoas que você deve enviar em um navio geracional para o Proxima Centauri? e qual seria o tamanho de um navio de geração para manter viva uma tripulação de 500 pessoas na jornada para outra estrela? , A maneira mais eficiente de explorar toda a Via Láctea, estrela por estrela , e prós e contras de vários métodos de viagem interestelar .

Fonte - Universe Today

Expandindo referencias:

Heritage: um código de Monte Carlo para avaliar a viabilidade de viagens interestelares usando uma equipe multigeracional, Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, n. 5-6, 2017

Restrições numéricas no tamanho dos navios de geração a partir do gasto total de energia a bordo, produção anual de alimentos e técnicas de agricultura espacial , Marin (et al.). JBIS, vol. 71, n. 10, 2018