Zullen mensen ooit Starships bouwen?

"Zullen we ooit tussen de sterren leven?"

Dit is de grote vraag van Rachel Armstrong - en een die ze vastbesloten is te beantwoorden. Armstrong, professor in experimentele architectuur aan de universiteit van Newcastle, heeft haar hele carrière nagedacht over zero-g constructie en vooral sinds ze lid werd van Icarus Interstellar, een internationaal project dat is ontworpen om interstellaire vluchten in de 21e eeuw te promoten en te faciliteren. "Het heeft te maken met het overschrijden van onze grenzen en meer zijn dan wat we nu zijn," zegt ze. "De vraag over het ruimteschip gaat echt over de aard van de mensheid. En dat is iets anders dan vragen of wij kan bouw een ruimteschip."

Het blikje of de kan is onderhevig aan verandering, maar het wel of niet is een product van de mensheid zelf - onze redenering, onze prioriteiten. De context van de sterrenschipvraag is bevolkingsgroei, verslechtering van het milieu, wetenschappelijk onderzoek en de impuls om te verkennen. In vergelijking met dat alles, is het definiëren van het onderwerp van onderzoek eenvoudig: een ruimteschip, volgens Armstrong, is een vat dat kan worden gebruikt om organisch leven naar werelden buiten ons zonnestelsel te transporteren. Er zijn twee hoofdkenmerken die een ruimteschip scheiden van andere soorten ruimtevaartuigen: het vermogen om het leven aan boord te onderhouden voor een lange tijd en het vermogen om dat leven over te dragen aan andere manen en planeten.

Het leven in de ruimte is iets dat we kunnen doen. Dat is wat het ISS biedt. Wat het ISS niet kan doen is over galactische afstanden bewegen. Aandrijving is, als het gaat om sterrenschepen, het wrijven. Wetenschappers schatten dat om binnen 100 jaar naar een ander sterrensysteem te gaan, een ruimtevaartuig zou moeten reizen met ongeveer 10 procent van de lichtsnelheid. Zonder warp-aandrijving zijn dingen lastig.

Van alle huidige of voorgestelde technologieën, denkt Armstrong dat zonne-zeilen het meest realistisch zijn. Een zonnevaart gebruikt in feite de stralingsdruk die door sterren wordt uitgezonden als een voortstuwende kracht. De stralingsdruk zou in dit geval tegen grote, ultradunne spiegels drukken die als een zeil aan het ruimtevaartuig zijn bevestigd en het met zeer hoge snelheden naar voren bewegen. Dit is een (relatief) betaalbare aandrijving. Het is zelfs zo goedkoop dat het de basis vormt voor het door de burgers gefinancierde LightSail-project van The Planetary Society, dat in juni 2015 een testvlucht hield. Het is niet nodig om drijfgassen aan boord te vervoeren en op te slaan.

"We kunnen beginnen met het bouwen daarvan", zegt Armstrong.

Maar er zijn nadelen. Als onverwachte stukken ruimtestof en vuil het dunne materiaal van het zeil raken, kan het hele ding onherstelbaar worden beschadigd in seconden. Armstrong zegt dat het scannen van een robot voor dergelijke ruimteafval kan helpen om vroegtijdig te waarschuwen, maar het zeil moet nog steeds ontwijkende manoeuvres uitvoeren. Als er geen back-up voortstuwingssystemen aan boord zijn, zouden astronauten volledig overgeleverd zijn aan stralingsdruk en zonnewind, die minder voorspelbaar zijn.

Er zijn andere, meer radicale voortstuwingstechnologieën die waarschijnlijk logischer zouden zijn voor grotere soorten sterrenschepen. Kernenergie is het meest logisch. We kunnen nu al kernsplijting doen (zo voeden we kernreactoren hier op aarde), maar kernfusie zou dat wel zijn veel efficiënter. Veel andere soorten conceptuele technologieën bouwen af ​​van fusietechnologie, zoals het gebruik van lasers en elektronenstralen om een ​​schip vooruit te stuwen. Helaas lijken we niet dichter bij het tot stand brengen van fusie te komen dan tien jaar geleden.

Het andere grote obstakel voor ruimteschipontwerp is bewoonbaarheid. Het is een ding om mensen de ruimte in te sturen en een andere om hen in leven te houden. Armstrong beweert dat de laatste kan worden gedaan, maar alleen met aarde.

"Als we willen overleven, hebben we bodem nodig", zegt ze. "Dat is waar organische materie is."

Bodem is noodzakelijk voor plantengroei, wat nodig is om zuurstof, fruit en groenten te produceren. Verschillende soorten planten kunnen ook een ton verschillende organische materialen leveren die nuttig zijn in een breed scala van omstandigheden. Helaas is dit onderzoek moeilijk na te streven. Het internationale Outer Space Treaty van 1967 beperkt experimenten op micro-organismen in extreme omgevingen. Ervan uitgaande dat het verdrag zou worden aangepast, zouden wetenschappers een manier moeten bedenken om dynamische chemische processen te gebruiken voor het vormen van terra-vormig sterk gelokaliseerde zones. Dit zou "super gronden" vereisen.

"We kunnen complexe, levensechte stoffen ontwerpen die verder gaan dan het idee van water en lucht, gemengd in bepaalde verhoudingen", zegt Armstrong. "Als we strategisch verschillende soorten organismen en misschien zelfs technologische weefsels introduceren, zouden we kunnen merken dat bodems veel meer kunnen doen dan ze op natuurlijke wijze doen."

Synthetische biologie zou ons zelfs kunnen helpen bij het ontwikkelen van bioengineerinstallaties die een kritieke rol zouden kunnen spelen in een ruimteschipomgeving. Deze planten kunnen worden gemaakt om zuurstof te produceren in grotere hoeveelheden, leven van minder bronnen, filtert watersystemen om drinkbaar water te recyclen, fruit en groenten sneller te produceren, enz.

Maar een duurzame leefomgeving betekent niet alleen dat we de middelen leveren om het leven te helpen groeien. Armstrong heeft veel tijd besteed aan het onderzoeken van 'levende technologieën' - waarbij metabole materialen fungeren als 'een chemische interface of taal waardoor kunstmatige structuren zoals, architectuur, verbinding kunnen maken met natuurlijke systemen'. Deze materialen hebben in principe metabolische eigenschappen waarmee ze kunnen werken om te transformeren in verschillende staten door middel van energieprocessen. Armstrong is het meest geïnteresseerd in het begrijpen van hoe metabolische materialen kunnen deelnemen aan de creatie van een ecologisch landschap naast meer conventionele structurele materialen.

Een voorbeeld is "protocell-oliedruppels" die zich in een omgeving kunnen verplaatsen en complexe gedragingen ondergaan die zijn gebaseerd op veranderende omstandigheden. Dit kan betekenen dat je steeds minder lichtgevoelig wordt; reageren op trillingen en schokken; veranderen van veranderende luchtsamenstellingen door verschillende soorten afvalproducten af ​​te werpen; of zelfs zichzelf repareren na beschadigd te zijn. Die laatste vaardigheid zou vooral nuttig kunnen zijn voor het maken van een laag scheepsromp van een ruimteschip die helpt om schade veroorzaakt door andere ongeziene objecten die pijn veroorzaken in de ruimte, zoals kleine stenen of stukjes ijs, te minimaliseren.

Deze obstakels maken het onwaarschijnlijk dat we de zelfopgelegde 2100 sterrenschepen-deadline van Armstrong zullen ontmoeten. Zelfs als de technologische beperkingen geen probleem waren, zouden economische en politieke krachten het proces ongetwijfeld vertragen. Toch is Armstrong hoopvol dat we, met een verhoogde interesse om terug te gaan naar de maan en mensen naar Mars te krijgen, binnenkort een onderzoeksstation zouden kunnen opzetten dat uitsluitend gewijd is aan het overwegen hoe een ruimteschip gebouwd moet worden.

"We zijn behoorlijk serieus bezig met het creëren van een interplanetaire beschaving", zegt Armstrong.

"Hoewel het klinkt als science fiction, nodigt het denken over sterrenschepen ons uit om strategisch te denken over de manier waarop we dingen maken op de lange termijn, voor toekomstige generaties. We weten niet wat er nu gaat gebeuren, maar we moeten het onbekende ingaan. '