Наш читатель Никита Агеев спрашивает: в чем основная проблема межзвездных перелетов? Ответ, как и , потребует большой статьи, хотя на вопрос можно ответить и единственным символом: c .
Скорость света в вакууме, c, равна примерно тремстам тысячам километров в секунду, и превысить ее невозможно. Следовательно, нельзя и добраться до звезд быстрее, чем за несколько лет (свет идет 4,243 года до Проксимы Центавра, так что космический корабль не сможет прибыть еще быстрее). Если добавить время на разгон и торможение с более-менее приемлемым для человека ускорением, то получится около десяти лет до ближайшей звезды.
В каких условиях лететь?
И этот срок уже существенное препятствие сам по себе, даже если отвлечься от вопроса «как разогнаться до скорости, близкой к скорости света». Сейчас не существует космических кораблей, которые позволяли бы экипажу автономно жить в космосе столько времени — космонавтам постоянно привозят свежие припасы с Земли. Обычно разговор о проблемах межзвездных перелетов начинают с более фундаментальных вопросов, но мы начнем с сугубо прикладных проблем.
Даже спустя полвека после полета Гагарина инженеры не смогли создать для космических кораблей стиральную машину и достаточно практичный душ, а рассчитанные на условия невесомости туалеты ломаются на МКС с завидной регулярностью . Перелет хотя бы к Марсу (22 световые минуты вместо 4 световых лет) уже ставит перед конструкторами сантехники нетривиальную задачу: так что для путешествия к звездам потребуется как минимум изобрести космический унитаз с двадцатилетней гарантией и такую же стиральную машину.
Воду для стирки, мытья и питья тоже придется либо брать с собой, либо использовать повторно. Равно как и воздух, да и еду тоже необходимо либо запасать, либо выращивать на борту. Эксперименты по созданию замкнутой экосистемы на Земле уже проводились, однако их условия все же сильно отличались от космических хотя бы наличием гравитации. Человечество умеет превращать содержимое ночного горшка в чистую питьевую воду, но в данном случае требуется суметь сделать это в невесомости, с абсолютной надежностью и без грузовика расходных материалов: брать к звездам грузовик картриджей для фильтров слишком накладно.
Стирка носков и защита от кишечных инфекций могут показаться слишком банальными, «нефизическими» ограничениями на межзвездные полеты - однако любой опытный путешественник подтвердит, что «мелочи» вроде неудобной обуви или расстройства желудка от незнакомой пищи в автономной экспедиции могут обернуться угрозой для жизни.
Решение даже элементарных бытовых проблем требует столь же серьезной технологической базы, как и разработка принципиально новых космических двигателей. Если на Земле изношенную прокладку в бачке унитаза можно купить в ближайшем магазине за два рубля, то уже на марсианском корабле нужно предусмотреть либо запас всех подобных деталей, либо трехмерный принтер для производства запчастей из универсального пластикового сырья.
В ВМС США в 2013 году всерьез занялись трехмерной печатью после того, как оценили затраты времени и средств на ремонт боевой техники традиционными методами в полевых условиях. Военные рассудили, что напечатать какую-нибудь редкую прокладку для снятого с производства десять лет назад узла вертолета проще, чем заказать деталь со склада на другом материке.
Один из ближайших соратников Королева, Борис Черток, писал в своих мемуарах «Ракеты и люди» о том, что в определенный момент советская космическая программа столкнулась с нехваткой штепсельных контактов. Надежные соединители для многожильных кабелей пришлось разрабатывать отдельно.
Кроме запчастей для техники, еды, воды и воздуха космонавтам потребуется энергия. Энергия будет нужна двигателю и бортовому оборудованию, так что отдельно придется решить проблему с мощным и надежным ее источником. Солнечные батареи не годятся хотя бы по причине удаленности от светил в полете, радиоизотопные генераторы (они питают «Вояджеры» и «Новые горизонты») не дают требуемой для большого пилотируемого корабля мощности, а полноценные ядерные реакторы для космоса до сих пор делать не научились.
Советская программа по созданию спутников с ядерной энергоустановкой была омрачена международным скандалом после падения аппарата «Космос-954» в Канаде, а также рядом отказов с менее драматичными последствиями; аналогичные работы в США свернули еще раньше. Сейчас созданием космической ядерной энергоустановки намерены заняться в Росатоме и Роскосмосе, но это все-таки установки для ближних перелетов, а не многолетнего пути к другой звездной системе.
Возможно, вместо ядерного реактора в будущих межзвездных кораблях найдут применение токамаки. О том, насколько сложно хотя бы правильно определить параметры термоядерной плазмы, в МФТИ этим летом . Кстати, проект ITER на Земле успешно продвигается: даже те, кто поступил на первый курс, сегодня имеют все шансы приобщиться к работе над первым экспериментальным термоядерным реактором с положительным энергетическим балансом.
На чем лететь?
Для разгона и торможения межзвездного корабля обычные ракетные двигатели не годятся. Знакомые с курсом механики, который читают в МФТИ в первом семестре, могут самостоятельно рассчитать то, сколько топлива потребуется ракете для набора хотя бы ста тысяч километров в секунду. Для тех, кто еще не знаком с уравнением Циолковского, сразу озвучим результат - масса топливных баков получается существенно выше массы Солнечной системы.
Уменьшить запас топлива можно за счет повышения скорости, с которой двигатель выбрасывает рабочее тело, газ, плазму или что-то еще, вплоть до пучка элементарных частиц. В настоящее время для перелетов автоматических межпланетных станций в пределах Солнечной системы или для коррекции орбиты геостационарных спутников активно используют плазменные и ионные двигатели, но у них есть ряд других недостатков. В частности, все такие двигатели дают слишком малую тягу, ими пока нельзя придать кораблю ускорение в несколько метров на секунду в квадрате.
Проректор МФТИ Олег Горшков - один из признанных экспертов в области плазменных двигателей. Двигатели серии СПД - производят в ОКБ «Факел», это серийные изделия для коррекции орбиты спутников связи.
В 1950-е годы разрабатывался проект двигателя, который бы использовал импульс ядерного взрыва (проект Orion), но и он далек от того, чтобы стать готовым решением для межзвездных полетов. Еще менее проработан проект двигателя, который использует магнитогидродинамический эффект, то есть разгоняется за счет взаимодействия с межзвездной плазмой. Теоретически, космический корабль мог бы «засасывать» плазму внутрь и выбрасывать ее назад с созданием реактивной тяги, но тут возникает еще одна проблема.
Как выжить?
Межзвездная плазма - это прежде всего протоны и ядра гелия, если рассматривать тяжелые частицы. При движении со скоростями порядка сотни тысяч километров в секунду все эти частицы приобретают энергию в мегаэлектронвольты или даже десятки мегаэлектронвольт - столько же, сколько имеют продукты ядерных реакций. Плотность межзвездной среды составляет порядка ста тысяч ионов на кубический метр, а это значит, что за секунду квадратный метр обшивки корабля получит порядка 10 13 протонов с энергиями в десятки МэВ.
Один электронвольт, эВ , ― это та энергия, которую приобретает электрон при пролете от одного электрода до другого с разностью потенциалов в один вольт. Такую энергию имеют кванты света, а кванты ультрафиолета с большей энергией уже способны повредить молекулы ДНК. Излучение или частицы с энергиями в мегаэлектронвольты сопровождает ядерные реакции и, кроме того, само способно их вызывать.
Подобное облучение соответствует поглощенной энергии (в предположении, что вся энергия поглощается обшивкой) в десятки джоулей. Причем эта энергия придет не просто в виде тепла, а может частично уйти на инициацию в материале корабля ядерных реакций с образованием короткоживущих изотопов: проще говоря, обшивка станет радиоактивной.
Часть налетающих протонов и ядер гелия можно отклонять в сторону магнитным полем, от наведенной радиации и вторичного излучения можно защищаться сложной оболочкой из многих слоев, однако эти проблемы тоже пока не имеют решения. Кроме того, принципиальные сложности вида «какой материал в наименьшей степени будет разрушаться при облучении» на стадии обслуживания корабля в полете перейдут в частные проблемы - «как открутить четыре болта на 25 в отсеке с фоном в пятьдесят миллизиверт в час».
Напомним, что при последнем ремонте телескопа «Хаббл» у астронавтов поначалу не получилось открутить четыре болта, которые крепили одну из фотокамер. Посовещавшись с Землей, они заменили ключ с ограничением крутящего момента на обычный и приложили грубую физическую силу. Болты стронулись с места, камеру успешно заменили. Если бы прикипевший болт при этом сорвали, вторая экспедиция обошлась бы в полмиллиарда долларов США. Или вовсе бы не состоялась.
Нет ли обходных путей?
В научной фантастике (часто более фантастической, чем научной) межзвездные перелеты совершаются через «подпространственные туннели». Формально, уравнения Эйнштейна, описывающие геометрию пространства-времени в зависимости от распределенных в этом пространстве-времени массы и энергии, действительно допускают нечто подобное - вот только предполагаемые затраты энергии удручают еще больше, чем оценки количества ракетного топлива для полета к Проксиме Центавра. Мало того, что энергии нужно очень много, так еще и плотность энергии должна быть отрицательной.
Вопрос о том, нельзя ли создать стабильную, большую и энергетически возможную «кротовую нору» - привязан к фундаментальным вопросам об устройстве Вселенной в целом. Одной из нерешенных физических проблем является отсутствие гравитации в так называемой Стандартной модели - теории, описывающей поведение элементарных частиц и три из четырех фундаментальных физических взаимодействий. Абсолютное большинство физиков довольно скептически относится к тому, что в квантовой теории гравитации найдется место для межзвездных «прыжков через гиперпространство», но, строго говоря, попробовать поискать обходной путь для полетов к звездам никто не запрещает.
Почти с первых шагов космонавтики стало ясно, что Солнечная система находится в пределах досягаемости космических аппаратов и кораблей, которые могут быть созданы при современном уровне техники, и, следовательно, люди смогут если не высадиться, то, во всяком случае, добраться до любой из ее планет. Но одновременно стало проясняться, что здесь "дома", в Солнечной системе, скорее всего, ничего необычного мы не найдем. Маловероятно, чтобы по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании физической картины мира, в котором мы живем. Значит, звезды и звездные корабли. Какие проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью? Первая проблема - время. Даже если бы мы смогли построить звездный корабль, который сможет лететь. Я со скоростью, близкой к скорости света (скажем, со скоростью порядка 0,7 с), время путешествий по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, Так как диаметр ее составляет около 100 тыс. световых лет. Что остается даже от "замороженных" космонавтов к концу путешествия? Или от зародышей? Да и допустимо ли решать судьбу еще не родившихся людей? И даже если решить эту проблему, то ведь после путешествия они вернутся в совершенно чуждый им мир. Полет к звездам всегда будет практически не путешествием, а полетом в одну сторону. Для окружающих, родных и друзей это будет чем-то близким к самоубийству. Вторая проблема - опасные потоки газа и пыли. Пространство между звездами не пусто. Везде есть остатки газа, пыли, потоки частиц. При движении звездного корабля со скоростью, близкой к скорости света, эти остатки газа и пыли создадут поток высокой энергии, который будет воздействовать на корабль и от которого практически невозможно будет защититься. Воздействие этого потока приведет к испарению любого защитного экрана и к недопустимо высоким мощностям дозы радиации. Третья проблема - энергетика. Если в ракетном двигателе корабля использовать наиболее эффективную термоядерную реакцию, то для путешествия в оба конца со скоростью порядка скорости света, даже при идеальной конструкции, требуется отношение начальной массы к конечной не хуже 1030, что нереально. Что же касается создания фотонного двигателя для звездного корабля, использующего аннигиляцию материи, то здесь пока видны одни проблемы и не видно решения. Тем не менее, попробуем представить себе галактический фотонный корабль, способный лететь со скоростью, достаточно близкой к скорости света, чтобы снять проблемы времени. Собственное время полета космонавтов туда и обратно в путешествии на расстояние порядка половины диаметра нашей Галактики при оптимальном графике полета (непрерывный разгон, а затем непрерывное торможение) составит (по часам на корабле) 42 года. По часам на Земле при этом пройдет 100 тыс. лет. Предположим, что нам удалось получить идеальный процесс в фотонном двигателе, мы сделали идеальную конструкцию с нулевой массой баков (чего, конечно, быть не может, но это только означает, что на самом деле результаты будут значительно хуже), и попробуем оценить некоторые параметры такого, идеального корабля. Отношение начальной массы к конечной составит 7Х1018. Это означает, что при массе жилых и рабочих помещений и оборудования (т.е. всего того, что везет корабль) всего 100 т стартовая масса составит 1021 т. Это больше массы Луны. Причем половина этой массы - антивещество. Чтобы обеспечить ускорение, равное g, двигатель должен будет развить тягу, равную 1024 кгс. Для получения такой тяги в фокусе зеркала фотонного двигателя нужно будет разместить источник излучения (работающий за счет реакции аннигиляции) с мощностью порядка 1040 эрг/с. Напомним, что мощность излучения нашего Солнца составляет. Величину порядка 4Х1033 эрг/с. Таким образом, в фокусе зеркала фотонного двигателя нужно зажечь миллионы Солнц! Параметры фотонного корабля получились бы существенно лучше, если бы оказалось возможным создать гипотетический корабль с прямоточным фотонным двигателем, который вез бы с собой только антивещество. Но и в этом случае оценка показывает необходимость достижения невозможных результатов - в фокусе зеркала даже такого двигателя нужно было бы зажечь сотни Солнц. И при всем том останутся проблемы времени и защиты от потоков газа и частиц. Из сегодняшних представлений о мире складывается впечатление: нельзя решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света. Похоже, бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции. Нужно найти способ межзвездных путешествий, не связанный с необходимостью транспортировки материального тела. Мы приходим к идее, давно используемой в фантастике (что само по себе не должно смущать, так как не раз глубокие идеи высказывались впервые именно в фантастической литературе), о путешествиях разумных существ в виде пакета информации. Электромагнитные волны распространяются практически без потерь во всей наблюдаемой Вселенной. Возможно, здесь и есть ключ к межзвездным полетам. Если не впадать в мистику, то следует признать, что личность современного "органического" человека нельзя отделить от тела. Но можно представить себе специально сконструированного человека, у которого личность может отделяться от тела, аналогично тому, как математическое обеспечение может быть отделено от конструкции современных ЭВМ. Если пакет информации, являющийся полным описанием его личности, его индивидуальности, может быть переписан с его полей оперативных операций и запоминающих устройств, то этот пакет информации может быть и передан по радиолинии на приемную станцию назначения, а там переписан в стандартный материальный носитель (или выбираемый по прейскуранту, или...), в котором путешественник уже на месте сможет жить, действовать, удовлетворять свое любопытство. Во время передачи его пакета информации человек не живет. Чтобы он мог жить, его личность, его пакет информации должен быть размещен в материальном носителе. Его личность, если угодно его дух, может существовать только на материальных полях операций и запоминающих устройств. Такой способ решения задачи о полете к звездам стал бы реализацией сюжетов не только современной фантастики, но и древних миров, сказок, преданий о вознесениях на небо и о свержениях в ад, о летающей посуде и о мирах, где люди то являются, то исчезают, о переселениях душ, был бы решением философских споров и размышлений о сути человека, о бренности телесной оболочки и о сути бытия. Что есть человек? Что есть истина? Интересно, что выдающиеся философы в разные времена путем логического анализа (основанного не на знании) приходили к вполне современным представлениям о соотношении между сутью и телом человека. Жизнь человека - это жизнь его души, это бьющаяся в беспомощных усилиях мысль о себе ("что я"?), о мире вне себя и в себе, эстетическое наслаждение красотой и отторжение примитива и неправды, это свобода мысли и анализа. Мы здесь, мы живем, пока способны размышлять, оценивать, перерабатывать информацию и генерировать ее. Остальное во мне, мое тело - для обслуживания. Головной мозг - это поле математических операций над символами, числами, понятиями, правилами и алгоритмами. Эти операции обеспечивают синтез поступающей информации и ее анализ. Сложившиеся в данном человеке алгоритмы обработки, анализа и оценки информации определяют его эстетику и самовосприятие, определяют его ощущение собственного существования. Конечно, эти операции выполняются по определенным для данного человека правилам. Эти правила постепенно формируются в мозгу данного человека (в результате его опыта получения и переработки информации, его опыта собственной деятельности и ее оценки) и записываются на полях математических операций и на запоминающих устройствах его мозга. Причем с течением жизни эти правила могут совершенствоваться, меняться (как меняется человек с течением его жизни), портиться и т. д. Записанные на материальном носителе, они как бы становятся материальными. Но сами операции, мысли, наши переживания - это нечто такое, что нельзя взять в руки. Человек во все времена пытался материализовать это "нечто" в виде звуков, слов, рассказов, рукописей, книг. Но всегда это оказывалось лишь тенью, слабым отражением этого "нечто". Подавляющее большинство людей, почти все и почти всегда, не различали свое "я" и свое тело. И всегда стремились получше устроить именно тело. В общем-то, не зря: без питания умирает головной мозг, распадается поле операций, исчезает личность. В то же время в здоровом теле "компьютер" работает с меньшим количеством сбоев, с большей скоростью (за счет параллельно идущих операций и вообще за счет лучших алгоритмов), обеспечивается большая внутренняя устойчивость к внешним угрозам и осложнениям. И главное, обеспечивается ясность мышления. Может быть, поэтому стремление получше устроить свое тело из поколения в поколение оставалось главной движущей силой человеческого рода. Оно определяло и грабительские походы, и создание новых технологий, и стремление к лучшей организации жизни общества (в том числе и методом "ограбим богатых", замаскированного лозунгом "долой эксплуатацию"). Дома, автомобили, самолеты, газ и электричество, вычислительная техника родились из этого стремления. Стремление устроить получше свое тело было и остается пока главным движителем в жизни людей. А ведь на самом деле все это вторичное. Наше "я", наша индивидуальность, наша суть, наше бытие - это не материальная оболочка. Нет ничего противоречащего нашему восприятию мира в мысли о принципиальной возможности разделения индивидуальности и ее материального носителя. Поэтому с инженерной точки зрения представляется возможным сконструировать такого человека, душа которого может "отделяться" от тела, можно сконструировать мир, где человек практически мгновенно (скажем, в пределах Солнечной системы) может перемещаться с одной планеты на другую. Допустимо ли создавать такое существо? Имеем ли мы на это право? Какие стимулы мы можем заложить в него? Именно в этих вопросах главная проблема Мы - дело другое, скорее всего, продукт органической эволюции. В нас глубоко заложен инстинкт жизни, инстинкт продолжения рода. Вид, у которого этого инстинкта не было или он был недостаточно развит, не выживал в условиях естественного отбора. Да что там естественный отбор! Когда с возрастом, здоровьем, условиями жизни умирает этот инстинкт, у человека пропадает желание жить. А какой же стимул жизни мы сможем предложить нашему творению? Любопытство? Желание быть полезным людям, создавшим его тело (бренное и сменяемое) и воспитавшим его личность и душу? Желание выявиться в исследованиях мира, в сверхдальних путешествиях, в создании приемо-передающих станций для путешествий, в строительстве космических околозвездных баз? Убедительны ли эти стимулы? Откуда ему взять привязанность и любовь к ближним? Как воспитать его, чтобы он не оказался монстром с нелепыми и бессмысленными устремлениями к власти, к возможности давать указания, воспитывать и слыть благодетелем? Или наоборот, чтобы он не оказался инфантильным безынициативным существом, равнодушным к миру, к ближним и к самому себе. И конечно, громадные технические проблемы. Как мы мыслим? Как создаются стереотипы наших реакций, поведения, оценок, как возникает наша индивидуальность? Скорее всего, алгоритмы восприятия окружающего мира, анализа, мышления создаются в каждом человеке заново и в той или иной степени по-иному. Их характер определяется семьей, приятелями и врагами, школой, структурой общества, радостями, огорчениями и удачами его детства. В обществе рабов вырастают рабы, в обществе свободных людей - свободные. С этой точки зрения очень опасно стандартизировать приемы воспитания. Это самое страшное, что можно сделать для своего будущего. Человечество может быть сильным только различностью, разнообразием, своими индивидуальностями. Конечно, некоторые основы должны быть общими: люби ближнего своего, не укради, не убей, не пожелай... Но готовить человека по стандарту - готовить собственную гибель.Как, не разобравшись во всех этих вещах, приступать к созданию искусственного интеллекта?
Но мысль об этом вошла уже в сознание. Пожалуй, самой популярной среди самых любопытных и предприимчивых стала задача создания искусственного интеллекта. Надо думать, это дело пойдет. Появятся и более понятные трудности. Если передавать личность на галактические расстояния, то придется создавать антенны с размерами порядка километров и передатчики с мощностью порядка 100 млн. кВт. Тем самым для реализации такого способа галактических путешествий необходимо создать приемные и передающие станции (например, в радиодиапазоне), развезти их (например, с помощью автоматических космических аппаратов) к возможным пунктам назначения (как правило, невдалеке от какой-либо звезды - для обеспечения приемопередающих станций энергией). При этом можно развозить приемопередающие станции, а можно только технологию, минимальный набор инструментов и роботов для изготовления их на месте назначения. Скорости космических аппаратов, которые уже летают в Солнечной системе, составляют десятки километров в секунду. Возможно достижение скоростей порядка сотен и даже тысяч километров в секунду. Но это означает, что время "развозки" станций по Галактике составит миллионы и даже сотни миллионов лет. Доставка станций с такими скоростями даже к ближайшим звездам, находящимся от нас на расстояниях десятков световых лет, потребует тысячелетий и десятков тысячелетий. За это время может быть утерян интерес к самому предприятию. Можно представить и другой путь осуществления звездных путешествий: выйти на связь с другими цивилизациями, передать им информацию о строительстве приемопередающей станции, пригодной для приема "наших" людей, информацию, необходимую для изготовления материального носителя для "нашего" человека, пакет информации с "нашим" путешественником, наладить с ними обмен информацией. Размышления о звездных полетах позволяют выделить несколько перспективных направлений работ, которые целесообразно проводить в ближайшие десятилетия. К ним относятся: создание все более и более крупных радиотелескопов с выходом на размеры порядка километров, разработка космических роботов, конструкции и идеологии космических "маяков", исследование возможности создания искусственного интеллекта, поиск выходных каналов связи других цивилизаций в Солнечной системе. Эти направления работ хорошо коррелируют с современными нуждами человечества. Работы по искусственному интеллекту связаны с решением задачи создания достаточно эффективных роботов, которые могли бы заменить людей в опасных производствах, помогли бы нам в освоении акваторий и подводного мира, в строительстве. Создание космических роботов - созревшая задача. Они будут более эффективны при работах в открытом пространстве, чем человек в скафандре. А работы в открытом пространстве, скорее всего, будут расширяться в ближайшие десятилетия. Строительство больших радиотелескопов позволит вести наиболее эффективные исследования Вселенной.
Что делать?
Не претендуя на исчерпывающее освещение задач космических работ в ближайшие десятилетия, сделаю попытку представить те цели, на которых, по моему мнению, имеет смысл сосредоточить усилия: 1. Низкоорбитальные системы унифицированных спутников экологического контроля, исследования природных ресурсов, метеорологических Наблюдений с наземными автоматизированными центрами обработки информации и автоматизированной системой доставки результатов абонентам. 2. Орбитальные станции как базы для экспериментальных и строительных работ, создаваемых по схеме станция - облако. 3. Орбитальные заводы для производства сверхчистых материалов, биологических препаратов и проведения других производственных процессов, которые будут рентабельны или целесообразны на орбите. 4. Автоматические космические аппараты международной спутниковой системы наблюдения и контроля поверхности суши, морей, океанов, воздушного пространства и подводной обстановки с системой выдачи информации абонентам. 5. Системы радиотелескопов, выводимых на околоземные и околосолнечные орбиты и работающие в единой радиоинтерферометрической схеме. 6. Орбитальные астрофизические обсерватории, работающие в различных спектральных диапазонах. 7. Автоматические аппараты для доставки на Землю проб грунта и атмосферы Марса (если в результате этих работ окажется необходимым осуществление экспедиции на Марс, то придется разрабатывать и создавать соответствующие средства пилотируемой экспедиции). 8. Многоразовые дешевые (стоимость доставки на орбиту порядка сотни долларов за килограмм) транспортные корабли для транспортных операций Земля - орбита. 9. Дешевые многоразовые транспортные средства для транспортных операций низкая орбита - геостационарная орбита - низкая орбита. 10. Космические роботы для работ в открытом пространстве на орбитах спутников Земли.Ученые говорят о том, что человечество маленькими шажками продвигается к будущему, в котором полеты из одной планетной системы в другую наконец-то станут реальностью. По последним оценкам специалистов такое будущее может наступить в течение одного или двух веков, если научный прогресс не будет топтаться на месте. В свое время только при помощи сверхмощного телескопа «Кеплер» астрономы смогли обнаружить 54 потенциально обитаемых экзопланеты. Все эти далекие от нас миры располагаются в так называемой обитаемой зоне, на определенном удалении от центральной звезды, что позволяет поддерживать на планете воду в жидком состоянии.
При этом получить ответ на самый главный вопрос – одиноки ли мы во Вселенной –достаточно трудно. Из-за очень больших расстояний, которые разделяют Солнечную систему и наших ближайших соседей. К примеру, одна из «перспективных» планет Gliese 581g располагается на удалении в 20 световых лет, что довольно близко по меркам космоса, но пока что очень далеко для обычных земных технологий. Обилие экзопланет в радиусе 100 и менее световых лет от нашей родной планеты и очень большой научный и даже цивилизационный интерес, которые они представляют для всего человечества, заставляют совершенно по-новому смотреть на доселе фантастическую идею совершения межзвездных перелетов.
Главной задачей, которая сегодня стоит перед космологами и инженерами является создание принципиально нового двигателя, который позволил бы землянам преодолевать огромные космические расстояния за сравнительно небольшое время. При этом о совершении межгалактических перелетов речь пока, безусловно, не ведется. Для начала человечество могло бы исследовать нашу родную галактику – Млечный путь.
Млечный путь состоит из большого количества звезд, вокруг которых вращаются планеты. Ближайшая к Солнцу звезда носит название Альфа Центавра. Эта звезда удалена от Земли на 4,3 световых года или 40 триллионов километров. Если предположить, что ракета с обыкновенным двигателем вылетит с нашей планеты сегодня, то она сможет преодолеть это расстояние только через 40 тысяч лет! Конечно же, такая космическая миссия выглядит полным абсурдом. Марк Миллис, бывший глава проекта NASA по созданию новейших технологий в области создания двигателей и основатель фонда Tau Zero, считает, что человечеству необходимо долго и методично идти к созданию нового типа двигателя. В наши дни существует уже огромное количество теорий насчет того, каким будет этот двигатель, но какая из теорий сработает, мы не знаем. Потому Миллис считает бессмысленным делать акцент только на одной какой-то технологии.
Сегодня ученые пришли к заключению, что космические корабли будущего смогут летать при помощи использования термоядерного двигателя, солнечного паруса, двигателя на антиматерии или двигателя искривления пространства-времени (или варп-двигателя, который хорошо известен поклонникам сериала Star Trek). Последний двигатель в теории должен сделать возможными полеты быстрее скорости света, а значит, и небольшие путешествия во времени.
При этом все перечисленные технологии только лишь описаны, как их реализовать на практике пока что не знает никто. По этой же причине нет ясности, какая же именно технология подает больше всего надежд на реализацию. Правда некоторое количество солнечных парусов уже успело слетать в космос, но для осуществления пилотируемой миссии межзвездных перелетов потребуется огромный парус размерами с Архангельскую область. Принцип работы солнечного паруса практически не отличается от ветряного, только вместо потоков воздуха он ловит сверхсфокусированные лучи света, испускаемые мощной лазерной установкой, вращающейся вокруг Земли.
Марк Миллис в пресс-релизе своего фонда Tau Zero говорит о том, что правда находится где-то посередине между уже почти привычными нам солнечными парусами и совсем фантастическими разработками, вроде варп-двигателя. «Необходимо проводить научные открытия и медленно, но верно двигаться к намеченной цели. Чем больше людей мы сможем заинтересовать, тем большие объемы финансирования привлечем, именно финансирования в настоящее время катастрофически не хватает», – говорит Миллис. Марк Миллис полагает, что финансирование для больших проектов нужно собирать по крупицам, не рассчитывая, что кто-то неожиданно вложит целое состояние в реализацию амбициозных планов ученых.
Сегодня по всему миру найдется масса энтузиастов, которые верят и уверены в том, что будущее нужно строить уже сейчас. Ричард Обузи, являющийся президентом и сооснователем компании Icarus Interstellar, отмечает: «Межзвёздные перелеты – это международная инициатива многих поколений людей, которая требует огромных интеллектуальных и финансовых затрат. Уже в наши дни мы должны инициировать необходимые программы, для того чтобы через сотню лет человечество смогло вырваться за пределы нашей Солнечной системы».
В августе текущего года компания Icarus Interstellar собирается провести научную конференцию Starship Congress, на которой ведущие мировые эксперты в данной области обсудят не только возможности, но и последствия межзвездных полетов. Организаторы отмечают, что на конференции будет организована и практическая часть, на которой будут рассмотрены как краткосрочные, так и долгосрочные перспективы освоения человеком дальнего космоса.
Стоит отметить, что подобные космические путешествия требуют затрат колоссального количества энергии, о которых человечество в наши дни даже не мыслит. В то же время неправильное использование энергии может нанести невосполнимый вред как Земле, так и тем планетам, на поверхность которых человек захочет высадиться. Несмотря на все нерешенные проблемы и препятствия и Обузи, и Миллис полагают, что у человеческой цивилизации есть все шансы для того, чтобы покинуть пределы своей «колыбели». Бесценные данные о экзопланетах, звездных системах и инопланетных мирах, которые были собраны космическими обсерваториями «Гершель» и «Кеплер», помогут учеными в тщательном составлении планов полетов.
На сегодняшний день открыто и подтверждено существование около 850 экзопланет, многие из которых – это суперземли, то есть планеты, обладающие массой, которая сравнима с земной. Специалисты считают, что недалек тот день, когда астрономы смогут подтвердить наличие экзопланеты, которая бы как две капли воды походила на нашу собственную. В этом случае финансирование проектов по созданию новых ракетных двигателей возросло бы в разы. Свою роль в освоении космоса должна сыграть и добыча полезных ископаемых с астероидов, что сейчас звучит уже не так необычно, как те же межзвездные полеты. Человечество должно научиться использовать ресурсы не только Земли, но и всей Солнечной системы, полагают эксперты.
К проблеме межзвездных перелетов подключились ученые и инженеры из американского космического агентства NASA, а также агентства по перспективным оборонным научно-исследовательским разработкам США – DARPA. Они готовы объединить свои усилия в рамках реализации проекта «100-year Starship», при этом это даже не проект, а проект проекта. «100-year Starship» – это космический корабль, который смог бы выполнять межзвездные перелеты. Задача сегодняшнего этапа исследований – это создание «суммы технологий», которые необходимы для того, чтобы межзвездные перелеты превратились в реальность. Помимо этого, создается бизнес-модель, которая позволила бы привлечь в проект инвестиции.
По словам Павла Еременко, являющегося пресс-секретарем DARPA, данному проекту будут необходимы «стабильные инвестиции в финансовый и интеллектуальный капитал» из разных источников. Также Еременко подчеркнул, что цель проекта «100-year Starship» – не только разработка и последующее строительство звездолета. «Мы прилагаем все возможные усилия, для того чтобы побудить интерес нескольких поколений к инновациям и открытиям прорывных технологий во множестве дисциплин».
Специалисты агентства DARPA надеются на то, что результаты, которые будут получены при работе над этим проектом, смогут быть использованы министерством обороны США в различных областях, таких как системы жизнеобеспечения, энергетика, вычислительная техника.
Источники информации:
-http://www.vesti.ru/doc.html?id=1100469
-http://rnd.cnews.ru/reviews/index_science.shtml?2011/10/11/459501
-http://www.nkj.ru/news/18905
Сможем ли мы на самом деле добраться до неведомых планет за пределами Солнечной системы? Как это вообще возможно?
Фантасты и кинематографисты, конечно, молодцы, хорошо поработали. В красочные истории, где человек покоряет самые дальние уголки космоса, действительно хочется верить. К сожалению, прежде чем эта картинка станет явью, нам придется преодолеть немало ограничений. Например, законы физики, какими мы их видим сейчас.
Но! В последние годы появилось несколько волонтерских и финансируемых частными лицами организаций (Фонд Tau Zero , проект Icarus , проект Breakthrough Starshot), каждая из которых ставит целью создание транспорта для межзвездных полетов и приблизить человечество к покорению Вселенной. Их надежду и веру в успех укрепляют позитивные новости, например, на орбите звезды Проксима-Центавра планеты размером с Землю.
Создание межзвездного космического аппарата станет одной из тем для обсуждения на Всемирном саммите BBC Future «Идеи, которые меняют мир» в Сиднее в ноябре. Сможет ли человек отправиться в другие галактики? И если да, то какие виды космических кораблей нам для этого понадобятся?
Куда бы нам отправиться?
А куда лететь не стоит? Во Вселенной звезд больше , чем песчинок на Земле — около 70 секстиллионов (это 22 нуля после семерки) — и, по оценкам ученых, миллиарды из них имеют на орбитах от одной до трех планет в так называемой «зоне Златовласки»: на них не слишком холодно и не слишком жарко. В самый раз .
С самого начала и до сих пор лучшим претендентом для первого межзвездного полета является наш ближайший сосед — тройная звездная система Альфа Центавра. Она находится на расстоянии 4,37 световых лет от Земли. В этом году астрономы Европейской южной обсерватории обнаружили планету размером с Землю, вращающуюся вокруг красного карлика Проксима Центавра из этого созвездия. Масса планеты, названной Проксима b, как минимум в 1,3 раза больше земной, и она имеет очень короткий период обращения вокруг своей звезды - всего 11 земных дней. Но все равно эта новость чрезвычайно взволновала астрономов и охотников за экзопланетами, ведь температурный режим Проксимы b подходит для существования воды в жидком виде, а это - серьезный плюс к возможной обитаемости.
Но есть и недостатки: мы не знаем, имеет ли Проксима b атмосферу, и, учитывая ее близость к Проксима Центавра (ближе, чем Меркурий к Солнцу), она, вероятно, будет подвергаться воздействию выбросов звездной плазмы и радиации. И она так заперта приливными силами, что всегда обращена к звезде одной стороной. Это, конечно, может полностью изменить наши представления о дне и ночи.
И как мы туда попадем?
Это вопрос на 64 триллиона долларов. Даже на максимальной скорости, которую позволяют развить современные технологии, нам до Проксимы Б 18 тысяч лет. И высока вероятность, что добравшись до цели мы встретим там… наших потомков в Земли, которые уже колонизировали новую планету и забрали всю славу себе. Поэтому глубокие умы и бездонные карманы ставят себе амбициозную задачу: найти более быстрый способ пересекать огромные расстояния.
Breakthrough Starshot - это космический проект с бюджетом в размере 100 миллионов долларов, он финансируется российским миллиардером Юрием Мильнером. Breakthrough Starshot сосредоточился на создании крошечных беспилотных зондов со световыми парусами, подгоняемых мощным наземным лазером. Идея в том, что космический аппарат достаточно малого веса (едва ли 1 грамм) со световым парусом можно будет регулярно ускорять мощным световым лучом с Земли примерно до скорости в одну пятую от скорости света. Такими темпами нанозонды достигнут Альфа Центавра примерно за 20 лет.
Разработчики проекта Breakthrough Starshot рассчитывают на миниатюризацию всех технологий, ведь крошечный космический зонд должен нести с собой камеру, подруливающие устройства, источник питания, средства связи и навигационное оборудование. Все для того, чтобы по прибытии сообщить: «Смотрите, я здесь. А она совсем не вертится». Миллер надеется, что это сработает и заложит основу для следующего, более сложного этапа межзвездных передвижений: путешествия человека.
А что же варп-двигатели?
Да, в сериале Star Trek это все выглядит очень просто: включил варп-двигатель и полетел быстрее скорости света. Но все, что мы в настоящее время знаем о законах физики, говорит нам: путешествия со скоростью выше скорости света, или даже равной ей, невозможны . Но ученые не сдаются: NASA вдохновилось другим захватывающим двигателем из научной фантастики и запустило проект NASA Evolutionary Xenon Thruster (сокращено NEXT) — ионный двигатель, который сможет ускорять космические корабли до скорости 145 тысяч км/ч, используя лишь одну фракцию топлива для обычной ракеты.
Но даже на таких скоростях мы не сможем улететь далеко от Солнечной системы за одну человеческую жизнь. Пока мы не разберемся, как работать с пространством-временем, межзвездные путешествия будет протекать очень, очень медленно. Возможно, уже пора начать воспринимать то время, которое галактические странники проведут на борту межзвездного корабля, просто как жизнь, а не как поездку на «космическом автобусе» от пункта А к пункту Б.
Как мы выживем в межзвездном путешествии?
Варп-двигатели и ионные моторы - это, конечно, очень круто, но во всем этом будет мало проку, если наши межзвездные странники погибнут от голода, холода, обезвоживания или отсутствия кислорода еще до того, как покинут пределы Солнечной системы. Исследователь Рейчел Армстронг утверждает, что нам пора задумываться о создании настоящей экосистемы для межзвездного человечества.
«Мы переходим от индустриального взгляда к экологическому видению реальности», — заявляет Армстронг.
Армстронг — профессор экспериментальной архитектуры в Университете Ньюкасла в Великобритании — говорит о таком понятии как «worlding»: «Это о пространстве обитания, а не только о дизайне объекта». Сегодня внутри космического корабля или станции все стерильно и выглядит как промышленный объект. Армстронг считает, что вместо этого мы должны подумать об экологической составляющей космических судов: о растениях, которые мы сможем выращивать на борту, и даже о видах почв, которые возьмем с собой. В будущем, как она предполагает , космолеты будут выглядеть как гигантские биомы, полные органической жизни, а не сегодняшние холодные, металлические ящики.
А мы не можем просто проспать всю дорогу?
Криосон и гибернация - это, конечно хорошее решение довольно неприятной проблемы: как сохранить людей живыми во время путешествия, которое длится гораздо дольше, чем сама человеческая жизнь. По крайней мере, в кино так делают . И в мире полно крио-оптимистов: Фонд продления жизни Алькор хранит множество крио-консервированных тел и голов людей, которые надеются, что наши потомки научатся безопасно размораживать людей и избавляться от неизлечимых ныне заболеваний, но в настоящее время таких технологий не существует.
В фильмах типа «Интерстеллар» и в книгах наподобие «Seveneves» Нила Стивенсона озвучивается идея отправить в космос замороженные эмбрионы, которые могли бы пережить даже самый длительный полет, потому что ни есть, ни пить, ни дышать им не нужно. Но это поднимает проблему «курицы и яйца»: кто-то ведь должен ухаживать за этим зарождающимся человечеством в несознательном возрасте.
Так это все реально?
«С самого зарождения человечества мы смотрели на звезды и обращали к ним наши надежды и страхи, тревоги и мечты», — говорит Рэйчел Армстронг .
С запуском новых инженерных проектов, таких как Breakthrough Starshot, «мечта становится реальным экспериментом».
Могут ли межзвездные перелеты превратиться из несбыточной мечты в реальную перспективу?
Ученые всего мира говорят, что человечество все дальше продвигается в освоении космоса, появляются все новые открытия и технологии. Однако о межзвездных перелетах людям приходится пока еще только мечтать. Но так ли недостижима и нереальна эта мечта? Чем располагает человечество сегодня и каковы перспективы на будущее?
По оценкам специалистов, если прогресс не застопорится на месте, то на протяжении одного или двух веков, человечество сможет исполнить свою мечту. Сверхмощный телескоп «Кеплер» в свое время позволил астрономам обнаружить 54 экзопланеты, где не исключено развитие жизни, а сегодня уже подтверждено существование 1028 таких планет. Эти планеты, обращающиеся вокруг звезды за пределами Солнечной системы, находятся на таком отдалении от центральной звезды, что на их поверхности возможно поддержание воды в жидком состоянии.
Однако получить ответ на главный вопрос — одиноко ли человечество во Вселенной — пока невозможно из-за гигантских расстояний до ближайших планетных систем. Множество экзопланет, на расстояние ста и менее световых лет от Земли, а также громадный научный интерес, который они вызывают, заставляют взглянуть на идею межзвездных перелетов совершенно по-иному.
Полет к другим планетам будет зависеть от разработки новых технологий и выбора способа, который необходим для достижения такой далекой цели. А пока выбор еще не сделан.
Для того чтобы земляне смогли преодолевать невероятно огромные космические расстояния, причем за сравнительно короткий срок, инженерам и космологам придется создать принципиально новый двигатель. Говорить о межгалактических перелетах пока рано, но человечество могло бы исследовать – Млечный путь, галактику, в которой находится Земля и Солнечная система.
Галактика Млечный путь насчитывает около 200 – 400 миллиардов звезд, вокруг которых по своим орбитам движутся планеты. Ближе всех к Солнцу находится звезда под названием Альфа Центавра. Расстояние до нее примерно сорок триллионов километров или 4,3 световых года.
Ракете с обычным двигателем придется лететь до нее примерно 40 тысяч лет! Пользуясь формулой Циолковского легко подсчитать, что для того, чтобы разогнать космический аппарат с реактивным двигателем на ракетном топливе до скорости в 10% от скорости света, нужно больше горючего, чем его имеется на всей Земле. Поэтому говорить о космической миссии при современных технологиях, это полный абсурд.
Как считают ученые, будущие космические звездолеты смогут летать с использованием термоядерного ракетного двигателя. Реакция термоядерного синтеза позволяет производить энергию на единицу массы в среднем почти в миллион раз больше, чем при химическом процессе сгорания.
Как раз поэтому в 1970 годах группа инженеров совместно с учеными разработали проект гигантского межзвездного корабля с термоядерной двигательной установкой. Беспилотный космический корабль Дедал предполагалось оборудовать импульсным термоядерным двигателем. Небольшие гранулы должны были вбрасываться в камеру сгорания и воспламеняться пучками мощных электронных лучей. Плазма, как продукт термоядерной реакции, вылетающая из сопла двигателя, придает тяговое усилие кораблю.
Предполагалось, что Дедал должен был лететь к звезде Барнарда, путь до которой составляет шесть световых лет. Громаднейший космический корабль добрался бы до нее за 50 лет. И хотя проект не был осуществлен, до сегодняшнего дня нет более реального технического проекта.
Другим направлением в технологии создания межзвездных кораблей является солнечный парус. Использование солнечного паруса рассматривается сегодня как самый перспективный и реалистичный вариант звездолёта. Превосходство солнечного парусника в том, что на борту не нужно топливо, а это значит, что намного возрастет полезная нагрузка по сравнению с другими космическими кораблями. Уже сегодня существует возможность постройки межзвездного зонда, где давление солнечного ветра будет основным источником энергии корабля.
О серьезности намерений освоения межпланетных полетов говорит проект, который разрабатывается с 2010 года в одной из основных научных лабораторий НАСА. Ученые работают над проектом по подготовке в течение ближайших ста лет пилотируемого полета к другим звездным системам.
