Er is geen tweerichtingsverkeer over, het heelal is een extreem grote plaats! En dankzij de beperkingen die de speciale relativiteitstheorie ons oplegt, reizen naar zelfs de dichtstbijzijnde sterrenstelsels kan millennia duren. Zoals we in een vorig artikel hebben besproken, de geschatte reistijd naar het dichtstbijzijnde sterrenstelsel (Alpha Centauri) kan variëren van 19, 000 tot 81, 000 jaar met conventionele methoden.

Om deze reden, veel theoretici hebben aanbevolen dat de mensheid vertrouwt op generatieschepen om het zaad van de mensheid onder de sterren te verspreiden. Van nature, een dergelijk project brengt veel uitdagingen met zich mee, niet de minste daarvan is hoe groot een ruimtevaartuig zou moeten zijn om een ​​bemanning van meerdere generaties te ondersteunen. In een nieuwe studie, van internationale wetenschappers hebben deze vraag beantwoord en vastgesteld dat er veel binnenruimte nodig zou zijn!

De studie, die onlangs online verscheen, werd geleid door Dr. Frederic Marin van het Astronomisch Observatorium van Straatsburg en Camille Beluffi, een deeltjesfysicus bij de wetenschappelijke start-up Casc4de. Ze werden vergezeld door Rhys Taylor van het Astronomisch Instituut van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, en Loic Grau van het bouwtechnisch ingenieursbureau Morphosense.

Hun studie is de laatste in een serie uitgevoerd door Dr. Marin en Beluffi die de uitdagingen aanpakt van het sturen van een ruimtevaartuig met meerdere generaties naar een ander sterrenstelsel. In een eerdere studie, ze bespraken hoe groot de bemanning van een generatieschip zou moeten zijn om in goede gezondheid op hun bestemming te komen.

Ze deden dit met behulp van op maat gemaakte numerieke codesoftware ontwikkeld door Dr. Marin zelf, bekend als HERITAGE. In een eerder interview met Dr. Marin, hij beschreef HERITAGE als "een stochastische Monte Carlo-code die alle mogelijke uitkomsten van ruimtesimulaties verklaart door elk willekeurig scenario voor voortplanting te testen, leven en dood."

Uit hun analyse blijkt ze bepaalden dat er minimaal 98 mensen nodig zouden zijn om een ​​missie van meerdere generaties naar een ander sterrenstelsel te volbrengen, zonder risico op genetische aandoeningen en andere negatieve effecten die verband houden met inter-huwelijken. Voor deze studie is het team ging in op de even belangrijke vraag hoe de bemanning moet worden gevoed.

Aangezien gedroogde voedselvoorraden geen haalbare optie zouden zijn, omdat ze zouden verslechteren en vergaan gedurende de eeuwen dat het schip onderweg was, het schip en de bemanning zouden moeten worden uitgerust om hun eigen voedsel te verbouwen. Dit roept de vraag op, hoeveel ruimte zou er nodig zijn om voldoende gewassen te produceren om een ​​omvangrijke bemanning gevoed te houden?

Als het om ruimtevaart gaat, de grootte van het ruimtevaartuig is een groot probleem. Zoals Dr. Marin via e-mail aan Universe Today heeft uitgelegd:

"Hoe zwaarder de satelliet, hoe duurder het is om het de ruimte in te lanceren. Vervolgens, hoe groter/zwaarder het ruimteschip, hoe ingewikkelder en kostbaarder het aandrijfsysteem is. In feite, de grootte van het ruimteschip zal veel parameters beperken. In het geval van een generatieschip, de hoeveelheid voedsel die we kunnen produceren is direct gerelateerd aan de oppervlakte in het schip. Dit gebied is, beurtelings, verband met de omvang van de bevolking aan boord. Maat, voedselproductie en bevolking zijn in feite intrinsiek met elkaar verbonden."

Om deze belangrijke vraag te beantwoorden - "hoe groot moet het schip zijn?" – vertrouwde het team op een bijgewerkte versie van de HERITAGE-software. Zoals ze in hun studie aangeven, deze versie houdt rekening met leeftijdsafhankelijke biologische kenmerken zoals lengte en gewicht, en kenmerken die verband houden met het variërende aantal kolonisten, zoals onvruchtbaarheid, zwangerschaps- en miskraamcijfers."

Achter dit, het team hield ook rekening met de caloriebehoefte van de bemanning om te berekenen hoeveel voedsel er per jaar zou moeten worden geproduceerd. Om dit te bereiken, het team nam antropomorfe gegevens op in hun simulaties om te bepalen hoeveel calorieën zouden worden verbruikt op basis van de leeftijd van een passagier, gewicht, hoogte, activiteitsniveaus, en andere medische gegevens.

"Met behulp van de Harris-Benedict-vergelijking om het basaal metabolisme van een persoon te schatten, we evalueerden hoeveel kilocalorieën er per dag per persoon moeten worden gegeten om het ideale lichaamsgewicht te behouden. We hebben ervoor gezorgd om variaties in gewicht en lengte op te nemen om rekening te houden met een realistische populatie, inclusief zwaar/licht corpulentie en lange/kleine mensen. Nadat de caloriebehoefte was geschat, we hebben berekend hoeveel voedselgeoponics, hydrocultuur en aeroponische landbouwtechnieken zouden per jaar per vierkante kilometer kunnen produceren."

Door deze cijfers te vergelijken met conventionele en moderne landbouwtechnieken, zij zijn in staat om de hoeveelheid kunstmatig land te voorspellen die zou moeten worden toegewezen aan landbouw in het schip. Vervolgens baseerden ze hun globale berekeningen op een relatief grote schroef (500 personen) en leidden ze een totaalcijfer af. Zoals Dr. Marin uitlegde:

"We hebben gevonden dat, voor een heterogene bemanning van, bijv. 500 mensen leven op een omnivoor, gebalanceerd dieet, 0,45 km² kunstmatig land zou voldoende zijn om al het benodigde voedsel te verbouwen met een combinatie van aeroponics (voor fruit, groenten, zetmeel, suiker, en olie) en conventionele landbouw (voor vlees, vis, zuivel, en honing)."

Deze waarden bieden ook enkele architecturale beperkingen voor de minimale grootte van het generatieschip zelf. Ervan uitgaande dat het schip is ontworpen om kunstmatige zwaartekracht te genereren door middel van middelpuntzoekende kracht (d.w.z. een roterende cilinder), zou het een minimum van ongeveer 224 meter (735 voet) in straal en 320 meter (1050 voet) lang moeten zijn.

"Natuurlijk, naast landbouw zijn andere voorzieningen nodig:menselijke bewoning, controle kamers, stroomopwekking, reactiemassa en motoren, die het ruimteschip minstens twee keer groter maken, "Dr. Marin voegde eraan toe. "Interessant, zelfs als we de lengte van het ruimteschip verdubbelen, we vinden een structuur die nog steeds kleiner is dan het hoogste gebouw ter wereld - Burj Khalifa (828 m; 2716,5 ft)."

Voor liefhebbers van interstellaire ruimteverkenning, en missieplanners, deze laatste studie (en andere in de reeks) zijn zeer belangrijk, in die zin dat ze een steeds duidelijker beeld geven van hoe de missiearchitectuur van een generatieschip eruit zou zien. Naast louter theoretische stellingen over wat erbij betrokken zou zijn, deze onderzoeken leveren werkelijke cijfers op waarmee wetenschappers ooit kunnen werken.

En zoals Dr. Marin uitlegde, het maakt ook zo'n groots project (dat op het eerste gezicht ontmoedigend lijkt) veel haalbaarder:

"Dit werk geeft ons inzicht in de reële mogelijkheid om generatieschepen te maken. We zijn al in staat om zulke grote structuren op aarde te bouwen. We hebben nu nauwkeurig gekwantificeerd hoe groot het oppervlak moet zijn dat bestemd is voor de landbouw in generatieschepen, zodat de bevolking kunnen voeden tijdens eeuwenlange reizen."

Volgens Marinus, het enige resterende probleem dat moet worden onderzocht, is water. Elke missie met een grote bemanning die meer dan een paar eeuwen in de interstellaire ruimte doorbrengt, heeft veel water nodig om te drinken, irrigatie, en sanitair. En het is niet voldoende om alleen te vertrouwen op recyclingmethoden om een ​​constante aanvoer te garanderen.

Dit, Marijn geeft aan, zullen het onderwerp zijn van hun volgende studie. "In de verre ruimte (ver weg van planeten, manen of grote asteroïden), water kan heel moeilijk te verzamelen zijn, " zei hij. "Dan zouden de hulpbronnen aan boord kunnen lijden onder het gebrek aan water. We moeten ons toekomstige onderzoek wijden aan het oplossen van dit probleem."

Zoals met de meeste dingen die te maken hebben met verkenning van de diepe ruimte of de kolonisatie van andere werelden, het antwoord op de onveranderlijke vraag ("kan het worden gedaan?") is bijna altijd hetzelfde:"Hoeveel ben je bereid te besteden?" There is no doubt that an interstellar mission, regardless of what form it might take, would require a massive commitment in terms of time, energie, 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.

Echter, 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.