Міжзоряні перельоти. Які проблеми потрібно вирішити, щоби міжзоряні польоти стали реальністю? Коли людство полетить до зірок

Феоктистів К. Політ до зірок // Квант. – 1990. – № 9. – С. 50-57.

За спеціальною домовленістю з редколегією та редакцією журналу "Квант"

Майже з самого початку космічних робіт стало ясно, що простір Сонячної системи, її планети знаходяться в межах досяжності космічних апаратів і кораблів, які ми можемо створити, і, отже, люди зможуть якщо не висадитися, то принаймні дістатися будь-якої планети. Але водночас стало прояснятися у свідомості, що тут, «вдома», швидше за все, нічого незвичайного ми не знайдемо. Малоймовірно, що за даними, отриманими в подорожах нашою системою, ми істотно просунемося вперед у розумінні світу, в якому живемо.

Звичайно, виникала думка про польоти до зірок. Та це й раніше малося на увазі, що польоти біля Землі, польоти до інших планет Сонячної системи не є кінцевою метою. Прокласти дорогу до зірок – ось що здавалося головним завданням космічної техніки. Це було очевидним.

Отже, треба було починати думати про зоряні кораблі.

Яким має бути цей корабель? Як його збудувати? Які проблеми потрібно вирішити, щоб зіркові польоти виявилися можливими? Роздуми, найпростіші оціночні розрахунки показали, що тут виникають важливі проблеми.

Перша – час. Навіть якщо побудувати зоряний корабель, який зможе літати зі швидкістю, близькою до швидкості світла (скажімо, зі швидкістю близько 0,7 с), час подорожей обчислюватиметься тисячоліттями та десятками тисячоліть, тому що діаметр Галактики близько 100 000 світлових років (за рік світло «проходить» відстань 365,25 · 86400 · 3 · 10 8 ≈ 10 16 м, тобто десять тисяч мільярдів кілометрів).

Що залишиться навіть від заморожених космонавтів до кінця подорожі? Чи від їхніх зародків? Та й чи вправі ми вирішувати долю людей, що ще не народилися? (Це навряд чи краще, ніж, не мучившись сумнівами, облагодіювати нащадків життям при соціалізмі, не уявляючи, що це таке, яким він буде, чи можна за нього буде жити, і визначити для них на вічні часи якусь керівну і спрямовуючу силу.) А якщо вирішити ці проблеми - то після подорожі вони повернуться в зовсім інший світ. Подивіться на зміни протягом останніх 200 років, і стане зрозумілим, що космонавт, який повернувся з далекої подорожі, опиниться в зовсім чужому світі: подорож до зірок завжди буде «односторонньою». Для оточуючих, рідних, друзів це буде чимось на зразок самогубства.

Друга складність - небезпечний потік газу та пилу. Простір між зірками не порожній. Всюди є залишки газу, пилу, потоки частинок. Під час руху зоряного корабля зі швидкістю, близькою до швидкості світла, вони створять потік високої енергії, який впливатиме на корабель.

Потужність потоку енергії від частинок, з якими стикається тіло, що рухається зі швидкістю υ (без урахування релятивістських ефектів) можна оцінити за формулою

\(~W = n \upsilon \dfrac(m_1 \upsilon^2)(2) = \dfrac(nm_1 \upsilon^3)(2) .\)

Тут n- концентрація частинок у міжзоряному просторі ([ n]= 1/м 3), nυ- число частинок, що налітають на 1 м 2 поверхні тіла за час 1 с (1/(м 2 ·с)), m 1 - маса частинки (кг), \(~\dfrac(m_1 \upsilon^2)(2)\) - енергія кожної частинки (Дж) щодо корабля.

Галактичний газ складається здебільшого з водню. Маса атома водню ~ 1,7 · 10 -27 кг. Концентрація часток у середньому в Галактиці ~ 0,5 · 10 6 м -3, у рукавах Галактики ~ 10 6 м -3, у хмарах водню ~ 2 · 10 7 м -3. Маса пилу в міжзоряному просторі приблизно в 100 разів менша за масу газу.

Цей потік можна оцінити такими величинами: потужність потоку частинок і газу 10 4 - 10 5 Вт/м 2 потоку пилу 10 2 - 10 3 Вт/м 2 потік частинок - це 3·10 14 частинок/(с·м 2) з енергією кожної частки близько 500 меВ. Вплив цих потоків призведе до випаровування будь-якого захисного екрану і неприпустимо високим для тривалого польоту потужностями дози радіації.

Третя складність – енергетика. Якщо в рушії корабля використовувати найбільш ефективну термоядерну реакцію, то для подорожі в обидва кінці зі швидкістю порядку швидкості світла навіть при ідеальній конструкції корабля відношення початкової та кінцевої мас його виявляється більше 10 30 що є нереалізованим.

Оцінку мінімального потрібного співвідношення мас (початкової та кінцевої) зоряного корабля з термоядерним рушієм, що летить зі швидкістю, близькою до швидкості світла (але що дозволяє не враховувати у першому наближенні релятивістські поправки), можна провести в такий спосіб.

Найефективніша термоядерна реакція -

\(~^2_1D + \ ^3_1T \to \ ^4_2He + \ ^1_0n + \ 17,6\) МеВ,

причому 14,1 МеВ із цих 17,6 відносяться нейтронами. Таким чином, для прискорення гелію в рушії можна використовувати енергію E~ 3,5 МеВ на один атом гелію. Максимальну швидкість закінчення гелію в ідеальному рушії можна обчислити із співвідношення \(~E_1 = \dfrac(m_1 \upsilon^2_i)(2)\) :

\(~\upsilon_i = \sqrt(\dfrac(2E_1)(m_1)).\)

Підставляючи масу атома гелію m 1 ≈ 4·1,67·10 8 кг та E 1 ≈ 3,5·10 6 еВ ≈ 3,5·10 6 ·1,6·10 -19 Дж ≈ 5,6·10 -13 Дж, отримуємо υ i ≈ 1,3·10 7 м/с.

Співвідношення початкової та кінцевої мас зоряного корабля (без урахування релятивістських поправок) визначається формулою Ціолковського:

\(~\dfrac(M_0)(M_k) = e^(\dfrac(4 \upsilon_k)(\upsilon_n)),\)

де υ k – максимальна швидкість польоту корабля. Прийнявши υ k ~ 0,7 с, отримаємо:

\(~\dfrac(M_0)(M_k) \sim e^(\dfrac(4 \cdot 0,7 \cdot 3 \cdot 10^7)(1,3 \cdot 10^7)) \sim e^( 70) \sim 2,5 \cdot 10^(30).

Якщо ж думати про фотонному рушнику, що використовує анігіляцію матерії, то тут поки що одні проблеми (зберігання гігантських запасів антиречовини, захист дзеркала відбивача фотонів від енергії, що виділяється, і від залишків несреагировавшего антиречовини, часи розгону, розміри тощо) і не видно рішень.

Досвідчений читач, можливо, скаже: але ці оцінки зроблені без релятивістських поправок. А щодо фотонного рушія - поживемо, розберемося і якось зробимо.

Спробуймо показати, що з урахуванням релятивістських поправок картина виходить не кращою. Уявімо собі Галактичний фотонний корабель, здатний літати зі швидкістю, досить близькою до швидкості світла. Власний час польоту космонавта туди і назад на відстань близько половини діаметра Галактики при оптимальному графіку польоту (безперервний розгін, а потім безперервне гальмування) складе 42 роки. На Землі у своїй пройде 100 000 років (див. рисунок).

Графік космічного польоту з поглядів космонавта (а) та земного спостерігача (б).
а) Власний час польоту космонавта τ e можна розрахувати за формулою
\(~\tau_e = \dfrac(4c)(a) \cdot \operatorname(arch) \left(1 + a \cdot \dfrac(S)(2c^2) \right).\)
(Тут arch - одна із зворотних так званих гіперболічних функцій - гіперболічний арккосинус\[~\operatorname(arch) x = \ln (x \pm \sqrt(x^2 - 1))\].) Підставляючи швидкість світла c= 3·10 8 м/с, прискорення a= 9,8 м/с 2 (звично навантаження для космонавта-землянина), дальність польоту S≈ 4,7·10 20 м, отримуємо τ e ≈ 42 роки. Швидкість у корабельній системі - \(~\upsilon_e \approx \int_(\tau_e) adt\).
б) На Землі при цьому пройде час \(~\tau_z = \dfrac(\tau_e \cdot \operatorname(sh) \operatorname(arch) \left(1 + a \cdot \dfrac(aS)(2c^2) \) right))(\operatorname(arch) \left(1 + a \cdot \dfrac(aS)(2c^2) \right))\) ≈ 100 000 років
(\(~\operatorname(sh) x = \dfrac(e^x - e^(-x))(2)\) - так званий гіперболічний синус).

Припустимо, що нам вдалося отримати ідеальний процес у фотонному рушії, зробити ідеальну конструкцію з нульовою масою баків, екранів, дзеркала, що відображає, насосів та інших елементів, і спробуємо оцінити деякі параметри такого ідеального корабля. Ставлення початкової маси корабля до кінцевої складе ~ 7 · 10 18 . Це означає, що при масі житлових та службових приміщень та апаратури (тобто того, що везе корабель) всього 100 тонн стартова маса становитиме ~ 7·10 20 тонн – більше маси Місяця! Причому половина цієї маси – антиречовина.

Щоб забезпечити прискорення 9,8 м/с 2 , двигун повинен розвинути тягу Р~ 10 24 Н. Щоб отримати таку тягу, потрібно у фокусі дзеркала розмістити джерело випромінювання з потужністю порядку 10 33 Вт (цю оцінку ми отримали за формулою \(~W = \dfrac(Pc)(2)\)). Нагадаємо, що потужність випромінювання нашого Сонця менше 4 · 1026 Вт, тобто у фокусі фотонного рушія корабля потрібно запалити мільйони Сонців (і підтримувати це «горіння»)! Є теоретична пропозиція везти із собою лише антиречовину. Тоді ці цифри скорочуються, але все одно залишаються абсолютно фантастичними - у фокусі дзеркала фотонного рушія виявляється необхідним запалити сотні, тисячі Сонців.

З наших сьогоднішніх уявлень про світ складається враження: не можна вирішити проблему транспортування матеріальних тіл на галактичні відстані зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Схоже, безглуздо «ломитися» через простір та час за допомогою механічної конструкції. Потрібно знайти спосіб міжзоряних подорожей, не пов'язаний із необхідністю транспортування матеріального тіла. І тут ми приходимо до ідеї, що давно обкатується у фантастичній літературі, - про подорожі розумних істот у вигляді пакета інформації.

Електромагнітні хвилі поширюються практично без втрат у всьому Всесвіті, що спостерігається. Можливо, тут є ключ до міжзоряних польотів.

Якщо не впадати в містику, слід визнати, що особистість сучасної органічної людини не можна відокремити від тіла. Але можна уявити спеціально сконструйовану людину, у якої особистість і тіло можна розділити. Аналогічно тому, як математичне забезпечення може бути відокремлено від конструкції сучасних ЕОМ.

Особистість - це індивідуальний комплекс особливостей даної людини у його сприйнятті зовнішнього світу, у його реакціях на прийняту інформацію, у його уяві, симпатіях та антипатіях, у його знаннях тощо.

Особистість існує на полях операцій і в пристроях, що запам'ятовують. Ці поля та пристрої - наш мозок, той матеріальний носій, на якому живе та діє інтелект людини, на якій записані (і безперервно поповнюються, удосконалюються, застарівають та псуються) алгоритми сприйняття та аналізу інформації, синтезу картини зовнішнього світу, алгоритми оцінок та уподобань, проміжні результати "обчислень", висновків. Це поле, на якому знаходиться наше Я. Воно живе як Я тоді, коли людина думає, приймає рішення, відчуває естетичну насолоду або огиду, тобто коли йдуть операції інтелекту на цьому полі операцій. Ці операції і є життям особистості або, якщо завгодно, життям душі.

Якщо пакет інформації, що є повним змістом особи, може бути переписаний з полів операцій і пристроїв, що запам'ятовують, то цей пакет інформації може бути і переданий по радіолінії на приймальну станцію призначення і там переписаний в стандартний матеріальний носій (або вибирається по прейскуранту, або... ), в якому він зможе жити, діяти та задовольняти свою цікавість. Під час передачі пакета інформації людина не живе. Щоб він міг жити, необхідний матеріальний носій.

Такий спосіб вирішення завдання польоту до зірок став би реалізацією як сюжетів сучасної фантастики, а й сюжетів древніх міфів про піднесення на небо чи миттєвих повалень у пекло. Це було б «експериментальним рішенням» філософських суперечок про сутність людини, про тлінність тілесної оболонки, про сутність буття. Що таке людина? І що є істина? Цікаво, що видатні філософи в різні епохи, від античності до нашого часу, шляхом логічного аналізу (заснованого не на знанні) приходили до цілком сучасних уявлень про співвідношення між суттю та тілом людини. Життя людини - це життя його душі, це думка, що б'ється про себе («що я?»), про світ поза себе і в собі, це сприйняття краси і відторгнення примітиву і неправди, це свобода думки та аналізу. Ми тут, ми живемо, поки що здатні розмірковувати, оцінювати, переробляти інформацію та генерувати її. Решта в мені, тіло моє для обслуговування.

Головний мозок – поле математичних операцій над символами, числами, поняттями. Але самі операції, думки, наші переживання – це щось таке, чого не можна взяти до рук. Людина за всіх часів намагалася матеріалізувати це щось у вигляді звуків, слів, оповідань, рукописів, книг... Але завжди це виявлялося лише тінню, слабким відображенням цього.

Тіло – обслуговуючі системи поля математичних операцій (харчування, очищення, переміщення, зв'язок із зовнішнім світом). Але переважна більшість людей, майже всі і майже завжди, ніколи не розрізняли свого Я і своє тіло. І завжди прагнули краще його, тіло, влаштувати (загалом не дарма - без харчування вмирає головний мозок, розпадається поле операцій, зникає особистість). Це прагнення з покоління до покоління залишалося головною рушійною силою людського роду. Воно визначало і грабіжницькі походи, і створення нових технологій, і прагнення до кращої організації життя і суспільства (у тому числі і методом «грабіж награбоване», замаскованим гаслом «Геть експлуататорів»). Будинки, автомобілі, літаки, газ та електрика, обчислювальна техніка народилися з цього прагнення. Влаштувати краще своє тіло було і залишається поки що головним рушієм у житті людей. Адже насправді - це все вторинне. Втім, йдеться це не до того, що не треба дбати про тіло, 6 миль, про хліб насущний. У здоровому тілі комп'ютер працює з меншою кількістю збоїв, з більшою швидкістю, з більш різноманітними та ефективними алгоритмами, забезпечує більшу внутрішню стійкість до зовнішніх загроз та неприємностей. І, головне, - ясність мислення. Але якщо говорити про головне у відносинах нашого Я із зовнішнім світом, то це – свобода.

Фотонна ракета - мрія, до якої прагнутимуть багато поколінь наших нащадків? чи ідея фікс, що застаріла ледь народившись? (На малюнку - одна з уявних конструкцій. Довжина ракети понад 9,5 км, чисельність екіпажу 300-500 чоловік.)

Все це йшлося тут про те, щоб нагадати: наше Я, наша індивідуальність, наша суть - це не матеріальна оболонка. Немає нічого кримінального, що суперечить нашому сприйняттю світу у думці про можливість поділу індивідуальності та її матеріального носія.

Тому з інженерної точки зору можна сформулювати такий світ, де душу людини можна відокремити від тіла. У такому світі людина може переміщатися з одного місця до іншого - скажімо, у межах Сонячної системи - практично миттєво. Наприклад, для обраного резидента можна було б у досить великій кількості центрів мати його базовий пакет інформації і передавати тільки зміни, що відображають його стан в даний момент часу, і сигнал про його включення в цьому місці. У цьому світі можна уявити і вселення душі (духу?) даного людини у чуже тіло. (Яку плутанину можна уявити! Навіть нам буде далеко.)

Чи можливо створити таку істоту? Які стимули життя ми маємо закласти в нього? Мені здається, що саме тут буде головна проблема. Ми – справа інша. Ми є продуктом органічної еволюції. В нас глибоко закладено інстинкт життя, інстинкт продовження роду. Вигляд, який цього інстинкту був чи він був недостатньо розвинений, не виживав за умов природного відбору. Що там природний відбір. Коли за віком, здоров'ям, умовами життя вмирає цей інстинкт – у людей зникає бажання жити. А який стимул життя ми зможемо запропонувати нашому творінню? Цікавість? Бажання бути корисним людям, які створили його тіло (бренне і змінне) і виховали його особистість, душу? Бажання виявитись у дослідженнях світу, у наддальних подорожах, у створенні приймально-передавальних станцій для подорожей, у будівництві космічних навколозоряних баз?

Чи переконливі ці стимули? Звідки йому взяти прихильність та любов до ближніх? Як виховати його, щоб він не виявився монстром з безглуздими і безглуздими устремліннями до влади, до можливості давати вказівки, виховувати і славитися благодійником? чи, навпаки, щоб він не виявився інфантильною, безініціативною істотою, байдужою до світу, до ближніх і до самого себе?

І, звісно, ​​величезні технічні проблеми.

Як ми мислимо? Як утворюються стереотипи наших реакцій, поведінки, оцінок, як створюється наша індивідуальність? Є підозра, що наші алгоритми бачення навколишнього світу, аналізу, мислення створюються щоразу заново та майже завжди по-іншому, та їх характер визначається сім'єю, приятелями та недругами, школою, структурою суспільства, радощами, прикрощами та удачами нашого дитинства. У суспільстві рабів виростають раби, у суспільстві вільних – люди незалежні тощо.

З цієї точки зору дуже небезпечно стандартизувати прийоми виховання, ясла, дитячі садки, школи... Це найстрашніше, що можна зробити для свого майбутнього. Людство дуже різницею, різноманітністю, індивідуальностями. Звичайно, деякі основи мають бути загальними: не вбив, не вкради, не побажай... Але готувати людину за стандартом (нехай навіть найвищою) - це готувати власну загибель.

Як, не розуміючи всіх цих речей, розпочинати створення штучного інтелекту? А головне - трагічні помилки та невдачі, які на нас чекають на цій дорозі.

Навіть здорова розумна істота потребує підтримки та захисту, визнання, відчуття осмисленості свого життя, своєї повноцінності та повноправності. Помилки в ідеях розробки, при виготовленні, у вихованні, недостатня порядність авторів можуть призвести до створення істот-інвалідів, психологічно ненормальних і, головне, нещасних. Адже це все є у нас, людей: виродки та інваліди, вирощені, а потім кинуті в байдужий світ домашні кішки та собаки, кинуті діти та старі люди.

Але думка вже увійшла до тями найцікавіших, кмітливих і заповзятливих. Мабуть, завдання створення штучного інтелекту стало найпопулярнішим завданням нашого часу. Мабуть, ця справа піде.

З'являться і більш зрозумілі проблеми.

Щоб відправити особистість у вигляді пакета інформації в галактичну подорож, треба створити приймальні та передавальні станції (наприклад, у радіодіапазоні), розвезти (наприклад, за допомогою автоматичних космічних апаратів) ці станції до можливих пунктів призначення (неподалік будь-якої зірки для забезпечення станцій енергією). Якщо особистість передавати по радіоканалу на галактичні відстані, доведеться створювати антени розміром близько кілометрів, передавачі потужністю близько 10 8 кВт. Швидкості автоматичних космічних апаратів, що літають зараз, становлять десятки кілометрів на секунду. Представляються досяжними швидкості близько сотень і навіть тисяч кілометрів на секунду. Але це означає, що час розвезення Галактикою складе для землян мільйони і навіть сотні мільйонів років. Доставка станцій навіть до найближчих зірок, що знаходяться від нас у десятках світлових років, вимагатиме десятків тисячоліть. За цей час може бути втрачено інтерес до підприємства. Проте цей шлях – у рамках можливого.

Можна розвозити не приймальні станції, а технологію, інструменти, роботів для створення таких станцій на місці.

Можна запропонувати й інший шлях здійснення зоряних подорожей, а саме - вийти на зв'язок з іншими цивілізаціями, передати їм інформацію про будівництво приймально-передавальної станції, придатну для прийому та повернення «наших людей», інформацію, необхідну для створення стандартного матеріального носія, і таким способом налагодити галактичні подорожі (теж ідея з фантастики – згадайте, наприклад, «Чорну хмару»). Тут виникає в міркуваннях старе завдання: як вийти на зв'язок із іншими цивілізаціями? Природний шлях – створити «маяк», отримати зворотний запит та вступити у зв'язок. Якщо виходити з ідеї створення імпульсного маяка, що отримує енергію від зірки, з сонячними батареями потужністю близько 10 9 кВт (тут дані стосовно радіомаяка зі смугою частот передачі всього 100 Гц), то можна розраховувати на абонентів, що знаходяться на відстані до п'ятдесяти тисяч світлових років і мають біля своєї зірки приймальні антени з розмірами до 10-20 км. Величини 109 кВт не слід лякатися. Сонячні батареї такої потужності повинні мати розміри 100×100 км – гігантські, але взагалі реальні розміри. Подібну конструкцію можна у вигляді легкої плоскої ферми, на якій натягнуті плівкові фотоелементи.

Терміни реалізації такого зв'язку становитимуть тисячі та десятки тисяч років. Вже, щоправда, не мільйони, але все одно довго.

Чи може бути коротший шлях?

Якщо інші цивілізації обрали раніше цей шлях освоєння Галактики, вони могли вже створити й свої «маяки». Значить – шукати ці маяки. Створити приймальні антени, що здатні прийняти сигнали галактичних маяків.

Радіотелескопи з антенами близько кілометрів і більше можна створити у навколосонячному просторі. А де шукати? Можливо, у центрі Галактики? чи вздовж середніх ліній спіральних рукавів? у кульових зоряних скупченнях?

Так чи інакше, але це вже десятиліття, а не тисячі та не мільйони років.

А чи немає ще простішого способу виходу на зв'язок з іншими цивілізаціями?

Припустимо, представники інших цивілізацій вже були (чи є?) Землі чи Сонячної системі. Якими можуть бути сліди їхньої діяльності? Де можуть розташовуватися приймально-передавальні станції (у тому числі проміжні)?

Тут два напрямки пошуку. Одне – космічні люди. Якими їх слід очікувати: розміри, особливості їхнього життя (можливо, наприклад, їм не потрібні атмосфера та органіка для енергоживлення, вакуум - їхнє природне довкілля...)? Чому вони самі не вступили в контакт або чому вони не хочуть вступати з нами? Інший напрямок - пошуки їх засобів зв'язку, прийому та передачі мандрівників та інформації.

Мета таких роздумів на межі фантастики – зазирнути вперед, щоб зрозуміти свої далекі цілі, щоб визначити перспективні напрямки наддальнього пошуку, звірити ці напрямки з актуальними проблемами екології та економіки, облаштування життя людей на Землі, з цікавими на сьогодні науковими завданнями дослідження Всесвіту та Землі. І з цього аналізу виявити напрямки робіт, на які варто витрачати загальні кошти, енергію та інтелект людей. Це потрібно для того, щоб виважено та розумно зробити вибір, щоб не витрачати даремно зусилля та засоби.

Прикладів безглуздих рішень XX століття бачив досить багато. Можна, наприклад, згадати роботи в нашій країні над створенням суперракети H1. Ці роботи проводилися у шістдесяті роки та були припинені у 1973 році. Навіщо вона була потрібна? Висаджувати експедицію на Місяць? Але параметри ракети були пов'язані з масою кораблів. Потрясти світ? Шокувати американців? Чи, може, для того, щоб виводити на орбіту якісь величезні космічні апарати з масою близько 100 тонн? Але таких проектів ні тоді, ні зараз через двадцять років не було і немає.

А роботи зі створення ракети «Енергія»? Навіщо? Для виведення на орбіти космічних апаратів із масою близько 100 тонн. Але ж їх немає! І проектів нема!

Або наше останнє «епохальне» досягнення – система «Енергія – Буран». Роботи проводилися з великою напругою. Закривалися та відсувалися інші космічні та некосмічні роботи. Витрачені величезні кошти. Для чого? Щоб отримати свою «іграшку» і показати, що ми не гірші за американців вміємо даремно витрачати гроші? "Буран" може повертати з орбіти космічні апарати. Але таких апаратів, які вимагали б повернення з орбіти і вартість яких була б більшою за вартість запусків «Бурану», немає. Доставка апаратів на орбіту за допомогою «Бурану» в десятки разів дорожча, ніж за допомогою давно існуючих носіїв. То навіщо ж?

Треба сказати, що закид у вкрай невдалих виборах великої мети належить не лише до наших чиновників, а й до американських (Місячна програма, «Шаттл»). В принципі, чиновники скрізь однакові - адже вони розпоряджаються не своїми грошима.

Роздуми про політ до зірок дозволяють виділити кілька цікавих напрямків робіт:

Дослідження можливості створення та розробка штучного інтелекту; - конструювання космічних роботів з наступним переходом до створення людини космосу, особистість якого може відокремлюватися від матеріального носія та передаватись у вигляді пакета інформації зі швидкістю світла; - розробка ідеології та конструкції «маяків», методів їх пошуку; - розробка та створення все більших радіо- та оптичних телескопів, з розмірами радіоантени порядку сотень і тисяч метрів; - пошук «чужих» вихідних каналів зв'язку з Землі, більш тонке (з великою роздільною здатністю) фотографування та вивчення поверхні Місяця (особливо зворотного боку) та інших планет Сонячної системи у пошуках засобів зв'язку інших цивілізацій.

Ці напрями робіт добре корелюють із сучасними потребами людства.

Перше послання людства до далеких світів, встановлене на К А «Піонер-10» (1972). Через кілька мільйонів років воно опиниться там, де зараз знаходиться зірка Альдебаран. Чи не стануть його одержувачами наші нащадки?

Роботи зі штучного інтелекту пов'язані з вирішенням завдання створення досить ефективних роботів, які могли б замінити людей на небезпечних виробництвах, позбавити їх важкої фізичної праці, рутинної нетворчої роботи, допомогли б нам у освоєнні акваторій та підводного світу. Створення космічних роботів – назріле завдання. При роботах у відкритому космосі вони будуть більш ефективними, ніж людина в скафандрі. А роботи у відкритому космосі швидше за все розвиватимуться у найближчі десятиліття: будівництво на орбітах економічно ефективних заводів, де у виробничих процесах використовуватиметься відсутність сили тяжкості, заводів, які не можна залишити на Землі через їхню екологічну шкідливість.

Створення великих радіотелескопів дозволить вести ефективні дослідження на кордонах Всесвіту, і в центрі Галактики.

Цей аналіз можна і потрібно продовжити. Тільки спільний розгляд ближніх та далеких завдань дозволяє правильно вибирати цілі та приймати розумні рішення.

Вчені говорять про те, що людство маленькими кроками просувається до майбутнього, в якому польоти з однієї планетної системи в іншу стануть реальністю. За останніми оцінками фахівців таке майбутнє може наступити протягом одного чи двох століть, якщо науковий прогрес не тупцюватиметься на місці. Свого часу тільки за допомогою надпотужного телескопа «Кеплер» астрономи змогли виявити 54 екзопланети, що потенційно живуть. Всі ці далекі від нас світи розташовуються в так званій зоні, на певному віддаленні від центральної зірки, що дозволяє підтримувати на планеті воду в рідкому стані.

При цьому отримати відповідь на найголовніше питання – чи ми самі у Всесвіті – досить важко. Через дуже великі відстані, які поділяють Сонячну систему та наших найближчих сусідів. Наприклад, одна з «перспективних» планет Gliese 581g розташовується на віддаленні в 20 світлових років, що досить близько за мірками космосу, але поки дуже далеко для звичайних земних технологій. Величезна кількість екзопланет в радіусі 100 і менше світлових років від нашої рідної планети і великий науковий і навіть цивілізаційний інтерес, які вони представляють для всього людства, змушують зовсім по-новому дивитися на досі фантастичну ідею здійснення міжзоряних перельотів.

Головним завданням, яке сьогодні стоїть перед космологами та інженерами, є створення принципово нового двигуна, який дозволив би землянам долати величезні космічні відстані за порівняно невеликий час. При цьому про здійснення міжгалактичних перельотів поки що, безумовно, не йдеться. Для початку людство могло б досліджувати нашу рідну галактику – Чумацький шлях.

Чумацький шлях складається з великої кількості зірок, довкола яких обертаються планети. Найближча до Сонця зірка зветься Альфа Центавра. Ця зірка віддалена від Землі на 4,3 світлові роки або 40 трильйонів кілометрів. Якщо припустити, що ракета зі звичайним двигуном вилетить із нашої планети сьогодні, то вона зможе подолати цю відстань лише через 40 тисяч років! Звичайно, така космічна місія виглядає повним абсурдом. Марк Мілліс, колишній глава проекту NASA зі створення новітніх технологій у галузі створення двигунів та засновник фонду Tau Zero, вважає, що людству необхідно довго та методично йти до створення нового типу двигуна. У наші дні існує вже безліч теорій щодо того, яким буде цей двигун, але яка з теорій спрацює, ми не знаємо. Тому Мілліс вважає безглуздим наголошувати тільки на одній якійсь технології.

Сьогодні вчені дійшли висновку, що космічні кораблі майбутнього зможуть літати за допомогою використання термоядерного двигуна, сонячного вітрила, двигуна на антиматерії або двигуна викривлення простору-часу (або варп-двигуна, добре відомого шанувальникам серіалу Star Trek). Останній двигун у теорії повинен зробити можливими польоти швидше за швидкість світла, а значить, і невеликі подорожі в часі.

При цьому всі перераховані технології лише описані, як їх реалізувати на практиці поки що не знає ніхто. З цієї ж причини немає ясності, яка саме технологія подає найбільше надій на реалізацію. Правда кілька сонячних вітрил вже встигло злітати в космос, але для здійснення пілотованої місії міжзоряних перельотів буде потрібно величезне вітрило розмірами з Архангельську область. Принцип роботи сонячного вітрила практично не відрізняється від вітряного, тільки замість потоків повітря він ловить надфокусовані промені світла, що випускаються потужною лазерною установкою, що обертається навколо Землі.

Марк Мілліс у прес-релізі свого фонду Tau Zero говорить про те, що правда знаходиться десь посередині між вже майже звичними нам сонячними вітрилами та зовсім фантастичними розробками на зразок варп-двигуна. «Необхідно проводити наукові відкриття та повільно, але правильно рухатися до наміченої мети. Чим більше людей ми зможемо зацікавити, тим більших обсягів фінансування залучимо, саме фінансування нині катастрофічно не вистачає», – каже Мілліс. Марк Мілліс вважає, що фінансування для великих проектів потрібно збирати по крихтах, не розраховуючи, що хтось несподівано вкладе цілий стан у реалізацію амбітних планів учених.

Сьогодні по всьому світу знайдеться маса ентузіастів, які вірять і впевнені, що майбутнє потрібно будувати вже зараз. Річард Обузі, який є президентом та співзасновником компанії Icarus Interstellar, зазначає: «Міжзоряні перельоти – це міжнародна ініціатива багатьох поколінь людей, яка потребує величезних інтелектуальних та фінансових витрат. Вже сьогодні ми повинні ініціювати необхідні програми, щоб через сотню років людство змогло вирватися за межі нашої Сонячної системи».

У серпні поточного року компанія Icarus Interstellar має намір провести наукову конференцію Starship Congress, на якій провідні світові експерти в цій галузі обговорять не лише можливості, а й наслідки міжзоряних польотів. Організатори зазначають, що на конференції буде організовано практичну частину, на якій будуть розглянуті як короткострокові, так і довгострокові перспективи освоєння людиною далекого космосу.

Варто зазначити, що подібні космічні подорожі вимагають витрат колосальної кількості енергії, про які людство навіть не мислить. У той же час неправильне використання енергії може заподіяти непоправну шкоду як Землі, так і тим планетам, на поверхню яких людина захоче висадитися. Незважаючи на всі невирішені проблеми та перешкоди і Обузі, і Мілліс вважають, що людська цивілізація має всі шанси для того, щоб залишити межі своєї «колиски». Безцінні дані про екзопланети, зоряні системи та інопланетні світи, які були зібрані космічними обсерваторіями «Гершель» та «Кеплер», допоможуть вченими у ретельному складанні планів польотів.

На сьогоднішній день відкрито та підтверджено існування близько 850 екзопланет, багато з яких – це суперземлі, тобто планети, які мають масу, яка можна порівняти з земною. Фахівці вважають, що недалеко той день, коли астрономи зможуть підтвердити наявність екзопланети, яка як дві краплі води була схожа на нашу власну. У цьому випадку фінансування проектів створення нових ракетних двигунів зросло б у рази. Свою роль у освоєнні космосу має зіграти і видобуток корисних копалин з астероїдів, що зараз звучить не так незвично, як самі міжзоряні польоти. Людство має навчитися використовувати ресурси не лише Землі, а й усієї Сонячної системи, вважають експерти.

До проблеми міжзоряних перельотів підключилися вчені та інженери з американської космічної агенції NASA, а також агенції з перспективних оборонних науково-дослідних розробок США – DARPA. Вони готові об'єднати свої зусилля в рамках реалізації проекту «100-рок Starship», при цьому це навіть не проект, а проект проекту. "100-year Starship" - це космічний корабель, який зміг би виконувати міжзоряні перельоти. Завдання сьогоднішнього етапу досліджень - це створення "суми технологій", які необхідні для того, щоб міжзоряні перельоти перетворилися на реальність. Крім цього, створюється бізнес-модель, яка б дозволила залучити в проект інвестиції.

За словами Павла Єрьоменка, який є прес-секретарем DARPA, даному проекту будуть потрібні «стабільні інвестиції у фінансовий та інтелектуальний капітал» з різних джерел. Також Єрьоменко підкреслив, що мета проекту «100-year Starship» – не лише розробка та подальше будівництво зорельоту. «Ми докладаємо всіх можливих зусиль, щоб спонукати інтерес кількох поколінь до інновацій та відкриттів проривних технологій у безлічі дисциплін».

Фахівці агентства DARPA сподіваються, що результати, які будуть отримані під час роботи над цим проектом, зможуть бути використані міністерством оборони США у різних галузях, таких як системи життєзабезпечення, енергетика, обчислювальна техніка.

Джерела інформації:
-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

Сучасні технології та відкриття виводять освоєння космосу на зовсім інший рівень, проте міжзоряні перельоти поки що залишаються мрією. Але чи так вона нереальна та недосяжна? Що ми можемо вже зараз і чого чекати у найближчому майбутньому?

Вивчаючи дані отримані з телескопа «Кеплер» астрономи виявили 54 екзопланети, що потенційно живуть. Ці далекі світи перебувають у населеній зоні, тобто. на певній відстані від центральної зірки, що дозволяє підтримувати на поверхні планети воду рідкому вигляді.

Однак відповідь на головне питання, чи самотні ми у Всесвіті, отримати важко - через величезну дистанцію, що розділяє Сонячну систему і наших найближчих сусідів. Наприклад, «перспективна» планета Gliese 581g знаходиться на відстані 20 світлових років – це досить близько за космічними мірками, але поки що занадто далеко для земних інструментів.

Величезна кількість екзопланет у радіусі 100 і менше світлових років від Землі і величезний науковий і навіть цивілізаційний інтерес, які вони представляють для людства, змушують по-новому глянути на досі фантастичну ідею міжзоряних перельотів.

Політ до інших зірок – це, зрозуміло, питання технологій. Більше того, існує кілька можливостей для досягнення такої далекої мети, і вибір на користь того чи іншого способу ще не зроблено.

Людство вже відправляло до космосу міжзоряні апарати: зонди Pioneer та Voyager. В даний час вони покинули межі Сонячної системи, проте їх швидкість не дозволяє говорити про якесь швидке досягнення мети. Так, Voyager 1, що рухається зі швидкістю близько 17 км/с, навіть до найближчої до нас зірки Проксима Центавра (4,2 світлового року) летітиме неймовірно довгий термін - 17 тисяч років.

Очевидно, що із сучасними ракетними двигунами ми нікуди далі Сонячної системи не виберемося: для транспортування 1 кг вантажу навіть до недалекої Проксіми Центавру потрібні десятки тисяч тонн палива. При цьому зі зростанням маси корабля збільшується кількість необхідного палива, і для транспортування потрібне додаткове пальне. Замкнене коло, що ставить хрест на баках з хімічним паливом - будівництво космічного судна вагою в мільярди тонн є абсолютно неймовірною витівкою. Прості обчислення за формулою Ціолковського демонструють, що для прискорення космічних апаратів з ракетним двигуном на хімічному паливі до швидкості приблизно 10% швидкості світла потрібно більше пального, ніж доступно у відомому всесвіті.

Реакція термоядерного синтезу виробляє енергії на одиницю маси загалом у мільйон разів більше, ніж хімічні процеси згоряння. Саме тому в 1970-х роках НАСА звернули увагу на можливість застосування термоядерних ракетних двигунів. Проект безпілотного космічного корабля Дедал передбачав створення двигуна, в якому невеликі гранули термоядерного палива подаватимуться в камеру згоряння і підпалюватимуться пучками електронів. Продукти термоядерної реакції вилітають із сопла двигуна і надають прискорення кораблю.

Космічний корабель Дедал у порівнянні з хмарочосом Емпайр Стейт Білдінг

Дедал мав взяти на борт 50 тис. тонн паливних гранул діаметром 4 та 2 мм. Гранули складаються з ядра з дейтерієм та тритієм та оболонки з гелію-3. Останній становить лише 10-15 % маси паливної гранули, але, власне, і є паливом. Гелія-3 у надлишку на Місяці, а дейтерій широко використовується в атомній промисловості. Дейтерієве ядро ​​служить детонатором для запалення реакції синтезу і провокує потужну реакцію з викидом реактивного плазмового струменя, який управляється потужним магнітним полем. Основна молібденова камера згоряння двигуна Дедала повинна була мати вагу понад 218 тонн, камера другого ступеня – 25 тонн. Магнітні надпровідні котушки теж під стать величезному реактору: перша вагою 124,7 т, а друга - 43,6 т. Для порівняння: суха маса шатлу менше 100 т.

Політ Дедала планувався двоетапним: двигун першого ступеня мав пропрацювати понад 2 роки та спалити 16 млн паливних гранул. Після відділення першого ступеня майже два роки працював двигун другого ступеня. Таким чином, за 3,81 року безперервного прискорення Дедал досяг би максимальної швидкості 12,2% швидкості світла. Відстань до зірки Барнарда (5,96 світлових років) такий корабель подолає за 50 років і зможе, пролітаючи крізь далеку зіркову систему, передати радіозв'язку на Землю результати своїх спостережень. Таким чином, вся місія триватиме близько 56 років.

Незважаючи на великі складності із забезпеченням надійності численних систем Дедала та його величезною вартістю, цей проект реалізуємо на сучасному рівні технологій. Більше того, 2009 року команда ентузіастів відродила роботу над проектом термоядерного корабля. В даний час проект Ікар включає 20 наукових тем з теоретичної розробки систем та матеріалів міжзоряного корабля.

Таким чином, вже сьогодні можливі безпілотні міжзоряні польоти на відстань до 10 світлових років, які займуть близько 100 років польоту, плюс час на подорож радіосигналу назад на Землю. У цей радіус укладаються зіркові системи Альфа Центавра, Зірка Барнарда, Сіріус, Епсілон Ерідана, UV Кита, Росс 154 та 248, CN Лева, WISE 1541-2250. Як бачимо, поруч із Землею достатньо об'єктів для вивчення за допомогою безпілотних місій. Але якщо роботи знайдуть щось справді незвичайне та унікальне, наприклад, складну біосферу? Чи зможе вирушити до далеких планет експедиція за участю людей?

Політ довгою у життя

Якщо безпілотний корабель ми можемо починати будувати вже сьогодні, то з пілотованими справи складніші. Насамперед гостро стоїть питання часу польоту. Візьмемо ту саму зірку Барнарда. До пілотованого польоту космонавтів доведеться готувати зі шкільної лави, оскільки навіть якщо старт із Землі відбудеться в їхнє 20-річчя, то цілі польоту корабель досягне до 70-річчя або навіть 100-річчя (з огляду на необхідність гальмування, в якому немає потреби в безпілотному польоті) . Підбір екіпажу в юнацькому віці загрожує психологічною несумісністю та міжособистісними конфліктами, а вік у 100 не дає надію на плідну роботу на поверхні планети та на повернення додому.

Проте чи є сенс повертатися? Численні дослідження НАСА призводять до невтішного висновку: тривале перебування у невагомості незворотно зруйнує здоров'я космонавтів. Так, робота професора біології Роберта Фіттса з космонавтами МКС показує, що навіть незважаючи на активні фізичні вправи на борту космічного корабля, після трирічної місії на Марс великі м'язи, наприклад литкові, стануть на 50% слабшими. Аналогічно знижується і мінеральна щільність кісткової тканини. В результаті працездатність і виживання в екстремальних ситуаціях зменшується в рази, а період адаптації до нормальної тяжкості складе не менше року. А політ у невагомості протягом десятків років поставить під питання самі життя космонавтів. Можливо, людський організм зможе відновитися, наприклад, у процесі гальмування з гравітацією, що поступово наростає. Проте ризик загибелі все одно занадто високий і потребує радикального вирішення.

Тор Стенфорда – колосальна споруда з цілими містами всередині обода, що обертається.

На жаль, вирішити проблему невагомості на міжзоряному кораблі непросто. Доступна можливість створення штучної сили тяжіння за допомогою обертання житлового модуля має ряд складнощів. Щоб створити земну гравітацію, навіть колесо діаметром 200 м доведеться крутити зі швидкістю 3 обороти на хвилину. При такому швидкому обертанні сила Каріоліса створюватиме абсолютно нестерпні для вестибулярного апарату людини навантаження, викликаючи нудоту та гострі напади морської хвороби. Єдине вирішення цієї проблеми – Тор Стенфорда, розроблений вченими Стенфордського університету у 1975 році. Це – величезне кільце діаметром 1,8 км, у якому могли б жити 10 тис. космонавтів. Завдяки своїм розмірам воно забезпечує силу тяжкості на рівні 0.9-1,0 g та цілком комфортне проживання людей. Однак навіть на швидкості обертання нижче, ніж один оберт за хвилину, люди все одно відчуватимуть легкий, але відчутний дискомфорт. При цьому якщо подібний гігантський житловий відсік буде побудований, навіть невеликі зрушення у розважуванні тора вплинуть на швидкість обертання та викличуть коливання всієї конструкції.

Складною залишається проблема радіації. Навіть поблизу Землі (на борту МКС) космонавти перебувають не більше ніж півроку через небезпеку радіаційного опромінення. Міжпланетний корабель доведеться оснастити важким захистом, але при цьому залишається питання впливу радіації на організм людини. Зокрема, на ризик онкологічних захворювань, розвиток яких у невагомості практично не вивчений. На початку цього року вчений Красимир Іванов із Німецького аерокосмічного центру в Кельні опублікував результати цікавого дослідження поведінки клітин меланоми (найнебезпечнішої форми раку шкіри) у невагомості. Порівняно з раковими клітинами, вирощеними при нормальній силі тяжкості, клітини, що провели у невагомості 6 та 24 години, менш схильні до метастазів. Це начебто хороша новина, але лише на перший погляд. Справа в тому, що такий «космічний» рак здатний перебувати в стані спокою десятиліття і несподівано масштабно поширюватися при порушенні роботи імунної системи. Крім цього, дослідження дає зрозуміти, що ми ще мало знаємо про реакцію організму людини на тривале перебування в космосі. Сьогодні космонавти, здорові сильні люди, проводять там дуже мало часу, щоб переносити їхній досвід на тривалий міжзоряний переліт.

У будь-якому випадку корабель на 10 тис. чоловік – сумнівна витівка. Для створення надійної екосистеми для такого числа людей потрібна величезна кількість рослин, 60 тис. курей, 30 тис. кроликів та стадо великої рогатої худоби. Тільки це може забезпечити дієту на рівні 2400 калорій на день. Проте, всі експерименти зі створення таких замкнутих екосистем незмінно закінчуються провалом. Так, у ході найбільшого експерименту «Біосфера-2» компанії Space Biosphere Ventures було збудовано мережу герметичних будівель загальною площею 1,5 га з 3 тис. видами рослин та тварин. Вся екосистема повинна була стати маленькою «планетою», що самопідтримується, в якій жили 8 осіб. Експеримент тривав 2 роки, але вже після кількох тижнів почалися серйозні проблеми: мікроорганізми та комахи стали неконтрольовано розмножуватися, споживаючи кисень і рослини в занадто великій кількості, також виявилося, що без вітру рослини стали дуже крихкими. Внаслідок локальної екологічної катастрофи люди почали втрачати вагу, кількість кисню знизилася з 21% до 15%, і вченим довелося порушити умови експерименту та постачати восьмерим «космонавтам» кисень та продукти.

Таким чином, створення складних екосистем є помилковим і небезпечним шляхом забезпечення екіпажу міжзоряного корабля киснем та харчуванням. Для вирішення цієї проблеми знадобляться спеціально сконструйовані організми зі зміненими генами, здатні харчуватися світлом, відходами та простими речовинами. Наприклад, великі сучасні цехи з виробництва харчових водоростей хлорели можуть виробляти до 40 т суспензії на добу. Один повністю автономний біореактор вагою кілька тонн може виробляти до 300 л суспензії хлорели на добу, чого достатньо для харчування екіпажу в кілька десятків людей. Генетично модифікована хлорела могла б не лише задовольняти потреби екіпажу в поживних речовинах, а й переробляти відходи, включаючи вуглекислий газ. Сьогодні процес генетичного інжинірингу мікроводоростей став звичайною справою, і існують численні зразки, розроблені для очищення стічних вод, вироблення біопалива тощо.

Заморожений сон

Майже всі перераховані вище проблеми пілотованого міжзоряного польоту могла б вирішити одна дуже перспективна технологія - анабіоз або як його ще називають кріостазис. Анабіоз – це уповільнення процесів життєдіяльності людини як мінімум у кілька разів. Якщо вдасться занурити людину в таку штучну летаргію, що уповільнює обмін речовин у 10 разів, то за 100-річний політ він постаріє уві сні лише на 10 років. При цьому полегшується вирішення проблем харчування, постачання кисню, психічних розладів, руйнування організму внаслідок впливу невагомості. Крім того, захистити відсік з анабіозними камерами від мікрометеоритів і радіації простіше, ніж зону великого об'єму.

На жаль, уповільнення процесів життєдіяльності людини – це надзвичайно складне завдання. Але в природі існують організми, здатні впадати в сплячку та збільшувати тривалість свого життя у сотні разів. Наприклад, невелика ящірка під назвою сибірський кутазуб здатна впадати в сплячку в лихоліття і десятиліттями залишатися в живих, навіть будучи вмороженою в брилу льоду з температурою мінус 35-40°С. Відомі випадки, коли кутазуби проводили в сплячці близько 100 років і, як ні в чому не бувало, відтавали і тікали від здивованих дослідників. При цьому звичайна "безперервна" тривалість життя ящірки не перевищує 13 років. Дивовижна здатність вуглезуба пояснюється тим, що його печінка синтезує велику кількість гліцерину, майже 40% від ваги тіла, що захищає клітини від низьких температур.

Головна перешкода для занурення людини в кріостазис – вода, з якої на 70% складається тіло. При замерзанні вона перетворюється на кристалики льоду, збільшуючись обсягом на 10%, через що розривається клітинна мембрана. Крім того, у міру замерзання розчинені всередині клітини речовини мігрують у воду, що залишилася, порушуючи внутрішньоклітинні іонообмінні процеси, а також організацію білків та інших міжклітинних структур. Загалом, руйнування клітин під час замерзання унеможливлює повернення людини до життя.

Однак існує перспективний шлях вирішення цієї проблеми – клатратні гідрати. Вони були виявлені в далекому 1810, коли британський вчений сер Хемфрі Деві подав у воду хлор під високим тиском і став свідком утворення твердих структур. Це і були клатратні гідрати – одна з форм водяного льоду, до якого включено сторонній газ. На відміну від кристалів льоду, клатратні ґрати менш тверді, не мають гострих граней, зате мають порожнини, в які можуть «сховатися» внутрішньоклітинні речовини. Технологія клатратного анабіозу була б проста: інертний газ, наприклад, ксенон або аргон, температура трохи нижче за нуль, і клітинний метаболізм починає поступово сповільнюватися, поки людина не впадає в кріостазис. На жаль, для утворення клатратних гідратів потрібен високий тиск (близько 8 атмосфер) та дуже висока концентрація газу, розчиненого у воді. Як створити такі умови в живому організмі, поки що невідомо, хоча деякі успіхи в цій галузі є. Так, клатрати здатні захистити тканини серцевого м'яза від руйнування мітохондрій навіть за кріогенних температур (нижче 100 градусів Цельсія), а також запобігти пошкодженню клітинних мембран. Про експерименти з клатратного анабіозу на людях поки не йдеться, оскільки комерційний попит на технології кріостази невеликий і дослідження на цю тему проводяться в основному невеликими компаніями, що пропонують послуги з заморожування тіл померлих.

Політ воднем

У 1960 році фізик Роберт Бассард запропонував оригінальну концепцію прямоточного термоядерного двигуна, який вирішує багато проблем міжзоряного перельоту. Суть полягає у використанні водню та міжзоряного пилу, присутніх у космічному просторі. Космічний корабель з таким двигуном спочатку розганяється на власному паливі, а потім розгортає величезну, діаметром тисячі кілометрів вирву магнітного поля, яке захоплює водень із космічного простору. Цей водень використовується як невичерпне джерело палива для термоядерного ракетного двигуна.

Застосування двигуна Бассарда обіцяє величезні переваги. Насамперед за рахунок «дармового» палива є можливість рухатися з постійним прискоренням у 1 g, а отже – відпадають усі проблеми, пов'язані з невагомістю. Крім того, двигун дозволяє розігнатися до величезної швидкості - в 50% від швидкості світла і навіть більше. Теоретично, рухаючись із прискоренням в 1 g, відстань у 10 світлових років корабель із двигуном Бассарда може подолати приблизно за 12 земних років, причому для екіпажу через релятивістські ефекти пройшло б лише 5 років корабельного часу.

На жаль, на шляху створення корабля з двигуном Бассарда стоїть низка серйозних проблем, які не можна вирішити на сучасному рівні технологій. Насамперед необхідно створити гігантську та надійну пастку для водню, що генерує магнітні поля гігантської сили. При цьому вона повинна забезпечувати мінімальні втрати та ефективне транспортування водню до термоядерного реактора. Сам процес термоядерної реакції перетворення чотирьох атомів водню на атом гелію, запропонований Бассардом, викликає чимало питань. Справа в тому, що ця найпростіша реакція важко здійснити у прямоточному реакторі, оскільки вона занадто повільно йде і, в принципі, можлива лише всередині зірок.

Однак прогрес у вивченні термоядерного синтезу дозволяє сподіватися, що проблема може бути вирішена, наприклад, використанням «екзотичних» ізотопів та антиматерії як каталізатор реакції.

Поки дослідження на тему двигуна Бассарда лежать виключно в теоретичній площині. Потрібні розрахунки, що базуються на реальних технологіях. Насамперед, потрібно розробити двигун, здатний виробити енергію, достатню для живлення магнітної пастки та підтримки термоядерної реакції, виробництва антиматерії та подолання опору міжзоряного середовища, яке гальмуватиме величезне електромагнітне «вітрило».

Антиматерія на допомогу

Можливо, це звучить дивно, але сьогодні людство ближче до створення двигуна, що працює на антиматерії, ніж до інтуїтивно зрозумілого і простого на перший погляд прямоточного двигуна Бассарда.

Зонд розробки Hbar Technologies матиме тонке вітрило з вуглецевого волокна, покритого ураном 238. Врізаючись у вітрило, антиводень анігілюватиме і створює реактивну тягу.

Через війну анігіляції водню і антиводню утворюється потужний потік фотонів, швидкість закінчення якого сягає максимуму ракетного двигуна, тобто. швидкість світла. Це ідеальний показник, що дозволяє досягти дуже високих навколосвітніх швидкостей польоту космічного корабля з фотонним двигуном. На жаль, застосувати антиматерію як ракетне паливо дуже непросто, оскільки під час анігіляції відбуваються спалахи найпотужнішого гамма-випромінювання, яке вб'є космонавтів. Також поки що не існує технологій зберігання великої кількості антиречовини, та й сам факт накопичення тонн антиматерії, навіть у космосі далеко від Землі, є серйозною загрозою, оскільки анігіляція навіть одного кілограма антиматерії еквівалентна ядерному вибуху потужністю 43 мегатонни (вибух такої сили здатний перетворити на території США). Вартість антиречовини є ще одним фактором, що ускладнює міжзоряний політ фотонної тяги. Сучасні технології виробництва антиречовини дозволяють виготовити один грам антиводню за ціною десяток трильйонів доларів.

Проте великі проекти дослідження антиматерії приносять свої плоди. В даний час створені спеціальні сховища позитронів, "магнітні пляшки", що є охолоджені рідким гелієм ємності зі стінками з магнітних полів. У червні цього року вченим ЦЕРНу вдалося зберегти атоми антиводню протягом 2000 секунд. В Університеті Каліфорнії (США) будується найбільше у світі сховище антиречовини, в якому можна буде накопичувати більше трильйона позитронів. Однією з цілей вчених Каліфорнійського університету є створення переносних ємностей для антиречовини, які можна використовувати в наукових цілях далеко від великих прискорювачів. Цей проект користується підтримкою Пентагону, який зацікавлений у військовому застосуванні антиматерії, тому найбільший у світі масив магнітних пляшок навряд чи відчуватиме брак фінансування.

Сучасні прискорювачі зможуть зробити один грам антиводню за кілька сотень років. Це дуже довго, тому єдиний вихід: розробити нову технологію виробництва антиматерії або поєднати зусилля всіх країн нашої планети. Але навіть у цьому випадку за сучасних технологій годі й мріяти про виробництво десятків тонн антиматерії для міжзоряного пілотованого польоту.

Проте все не так вже й сумно. Фахівці НАСА розробили кілька проектів космічних апаратів, які могли б вирушити в глибокий космос, маючи лише один мікрограм антиречовини. У НАСА вважають, що вдосконалення обладнання дозволить виробляти антипротони за ціною приблизно 5 млрд. дол. за 1 грам.

Американська компанія Hbar Technologies за підтримки НАСА розробляє концепцію безпілотних зондів, що рухаються двигуном, що працює на антиводні. Першою метою цього проекту є створення безпілотного космічного апарату, який зміг би менш ніж за 10 років дістатися до пояса Койпера на околиці Сонячної системи. Сьогодні долетіти до таких віддалених точок за 5-7 років неможливо, зокрема, зонд НАСА New Horizons пролетить крізь пояс Койпера через 15 років після запуску.

Зонд, що долає відстань у 250 а. за 10 років, буде дуже маленьким, з корисним навантаженням всього 10 мг, але йому і антиводню потрібно трохи - 30 мг. Теватрон виробить таку кількість за кілька десятиліть і вчені змогли б протестувати концепцію нового двигуна в ході реальної космічної місії.

Попередні розрахунки також показують, що таким чином можна надіслати невеликий зонд до Альфи Центавра. На одному грамі антиводню він долетить до далекої зірки за 40 років.

Може здатися, що все вищезгадане - фантастика і не має відношення до найближчого майбутнього. На щастя, це не так. Поки увага громадськості прикута до світових криз, провалів поп-зірок та інших актуальних подій, залишаються в тіні епохальні ініціативи. Космічне агентство НАСА запустило грандіозний проект 100 Year Starship, який передбачає поетапне та багаторічне створення наукового та технологічного фундаменту для міжпланетних та міжзоряних польотів. Ця програма не має аналогів в історії людства і має залучити вчених, інженерів та ентузіастів інших професій з усього світу. З 30 вересня до 2 жовтня 2011 року в Орландо (штат Флорида) відбудеться симпозіум, на якому обговорюватимуться різні технології космічних польотів. На підставі результатів таких заходів фахівці НАСА розроблятимуть бізнес-план з надання допомоги певним галузям та компаніям, які розробляють поки що відсутні, але необхідні для майбутнього міжзоряного перельоту технології. Якщо амбітна програма НАСА увінчається успіхом, вже через 100 років людство буде здатне побудувати міжзоряний корабель, а Сонячною системою ми переміщатимемося з такою ж легкістю, як сьогодні перелітаємо з материка на материк.

Покоління людей, що дивляться на далекі зірки, могли лише ставити питання про існування там планет і умов для того життя, яке вони знали. За останні 25 років відбулася революція у пошуку планет, їх відомо вже тисячі, їх наявність підтверджена, і серед них є навіть потенційно заселені світи, схожі на Землю. Але чи зможемо ми туди дістатися? Читач запитує:

Як ви вважаєте, чи можливі міжзоряні перельоти (для будь-якої цивілізації). На мою думку, так всі можливі рішення – це квитки в один кінець.

Я однозначно вважаю міжзоряні подорожі можливими. Але існують і обмеження, залежно від вибирається нами способу.



Головний двигун Шаттла під час тестового пуску, 1981

1) Звичайні технології.

Якщо використати сьогоднішні досягнення, ми теоретично могли б досягти іншої зірки. Побудувати досить великий корабель, здатний підтримувати життя міні-цивілізації – корабель поколінь – досягти швидкостей у десятки чи сотні км/с, вирощувати свою їжу та рециркулювати воду. Як варіант можна розробити кріогенну технологію заморожування та розморожування, за допомогою якої людей, рослини та інші живі істоти можна транспортувати у стані призупиненого функціонування, та оживляти після прибуття на місце.

Серіал "Lost In Space", 1965-1968

Звичайні проблеми на кшталт зіткнення з міжпланетними та міжзоряними об'єктами, астероїдами чи планетами насправді практично не важливі. Таких об'єктів хоч і багато, але щільність їхньої наявності настільки мала, що навіть зіткнення зірок надзвичайно рідкісні, навіть на масштабах у мільйони років. Така подорож зайняла б сотні тисяч років для досягнення найближчої зоряної системи і виглядає реальною.

Але це справді квиток в один кінець, та рішення незадовільне.

Домашній термоядерний реактор, www.tidbit77.blogspot.com

2) Технології майбутнього, засновані на відомій фізиці.

Якщо ми захочемо розглянути інші технічні можливості, то знайдемо способи і краще. Наприклад:

Поліпшення палива. Замість хімічних ракет, що перетворюють 0,001% маси в енергію, що використовується для розгону, можна використовувати ядерне паливо (з ефективністю 1%), або навіть паливо на антиматерії, з ефективністю 100%.

Поліпшення тяги. Якщо на борту корабля можна буде перевозити велику кількість матерії та антиматерії як паливо, можна буде продовжувати розгін у подорожі. Оскільки люди витримують, і навіть воліють, тягу, схожу на гравітацію на Землі, можна направити корабель у бік нашої мети, запустити двигуни на 9,8 м/с 2 , а на половині шляху розгорнути двигуни і запустити їх знову, знижуючи швидкість до моменту прибуття.

Тимчасові покращення. Таке пересування наблизить нас до швидкості світла лише через кілька років прискорення, ми зможемо долетіти практично до будь-якої зірки лише за 20-40 років подорожі.

Це було б круто, і не вимагало б будівництва корабля поколінь. Звичайно, кораблю потрібно пережити подорож на дуже великих швидкостях через міжзоряне середовище, але досить сильне магнітне поле та карта газових хмар, яких необхідно уникати, допоможуть нам у цьому. А якщо при цьому ще опанувати технологію кріозаморозки, нам навіть не потрібно буде брати із собою ресурси, крім насіння для посадки та яйцеклітин для вирощування.

Міжзірковий прямоточний двигун Бассарда

А що, якщо ми захочемо розширити можливості людства: щось подібне до того, що показують у «Зоряному шляху»?

Бомівські траєкторії для електрона, що пройшов через дві щілини

3) Умоглядні технології.

Чи можемо ми збудувати транспортер? Чи можливий двигун деформації простору? Що щодо підпросторових комунікацій? Поки що все це технології мрії, засновані на сучасній теоретичній фізиці, але можливість їх існування у нашому Всесвіті ще не визначена.

Теоретично транспортер може використовувати квантову заплутаність для перенесення будь-якої квантової системи з однієї точки в іншу, якщо тільки у хвильової функції системи існує ненульова ймовірність перебувати в іншому місці. Але поки невідомо, чи може мати таку властивість макроскопічна система.

Двигун деформації простору та миттєвий зв'язок ґрунтуються на викривленні простору-часу та можливості відправити через цей простір сигнал чи матерію без спотворень та знищення. У принципі, для загальної теорії відносності можна знайти рішення, у якому це відбувається. Однак, неясно, чи можна досягти цього в нашому Всесвіті, щоб:

Вам не знадобилася енергія, порівнянна з тим, що зберігається у всьому Сонце;
Приливні сили не знищили б матерію, яку намагаєтеся відправити через викривлений простір;
Не знищити матерію, створюючи викривлений простір та випрямляючи його;
Взагалі можна було поєднати дві дуже віддалені точки простору.

Математичний графік шварцшильдівської чорної діри

Зараз, хоч би як неприємно це звучало, нам найкраще зосередитися на здійсненні односторонньої подорожі. Краще вже летіти кудись, ніж просто сидіти і чекати, поки з'явиться нова технологія, якщо вона взагалі допустима у нашому Всесвіті. Але не закривайтеся від нових ідей – адже те, що сьогодні здається малоймовірним, може призвести до нашої міжзоряної мрії. Вимагайте фізичної точності та скептично ставтеся до екстраординарних заяв, але не закривайтеся і від можливостей. Наша найбільша подорож у Всесвіт обов'язково відбудеться.

Міжзірковий політ - подорож між зірками пілотованих апаратів або автоматичних станцій. Найчастіше під міжзоряним польотом розуміють пілотовану подорож, іноді із можливою колонізацією позасонячних планет.

Будівництво ескадри міжзоряних кораблів розпочнеться у точках Лагранжа системи Земля-Луна (точки гравітаційної рівноваги). Матеріали здебільшого можуть доставлятися з місячних баз - наприклад, контейнери з ними вистрілюються електромагнітними гарматами і вловлюються спеціальними станціями-пастками в районі будівництва. Двигун для міжзоряного корабля повинен мати той самий порядок потужності, що і вся потужність, яку споживає людство на сьогоднішній день. Грунтуючись на передбачуваних технологіях та ресурсних можливостях, можна дати абрис майбутніх міжзоряних перельотів.

При розгляді космічного корабля будь-якого призначення зручно розділити його на дві частини – рухову установку та корисне навантаження. Під руховою установкою прийнято розуміти не лише власне двигуни, а й баки з паливом, необхідні силові конструкції. Для проблематики міжзоряних перельотів саме рухова установка є ключовим фактором, що визначає здійсненність проекту. Однак проблеми створення рухової установки виходять за рамки цього розгляду. Зараз для нас важливим є те, що існують технології, які в ході свого розвитку можуть стати прийнятними для здійснення міжзоряних перельотів. Тут першому місці технології використання інерційного термоядерного синтезу для ракетного руху. На американській установці NIF (National Ignition Facility) для дослідження лазерного термоядерного синтезу вартістю 3,5 мільярда доларів вже отримано результати, що говорять про те, що ракетний двигун на даному принципі може бути створений. Ще потужніша установка такого типу будується у нас під Саровом. Ці установки мало схожі на ракетні двигуни, але якщо їх умовно "розрізати" навпіл, позбутися фундаментів, стінок та багато непотрібного в космосі обладнання, ми отримаємо ракетний двигун, який може бути доведений і до міжзоряного варіанту. Не вдаючись у деталі, зазначимо, що такі двигуни за потребою будуть більшими, важкими та дуже потужними. Двигун для міжзоряного корабля повинен мати той самий порядок потужності, що і вся потужність, яку споживає людство на сьогоднішній день. Маючи в своєму розпорядженні таким двигуном (а якщо такого двигуна немає, то й говорити нема про що), можна більш вільно себе почувати, розглядаючи параметри корисного навантаження. За аналогією, якщо для велосипедиста зайві 50 кг вже відчутні, то тепловоз та зайві 50 тонн не помітить.

Озброївшись таким розумінням, ми можемо спробувати уявити першу міжзоряну експедицію. При цьому доведеться використовувати результати розрахунків та оцінок, які зроблено, але тут, зі зрозумілих причин, відтворені не можуть.

Будівництво ескадри міжзоряних кораблів розпочнеться у точках Лагранжа системи Земля-Луна (точки гравітаційної рівноваги). Матеріали здебільшого можуть доставлятися з місячних баз - наприклад, контейнери з ними вистрілюються електромагнітними гарматами і вловлюються спеціальними станціями-пастками в районі будівництва.

Один корабель – це сотні тисяч тонн корисного навантаження, мільйони тонн – двигуни, десятки мільйонів тонн – паливо. Цифри можуть налякати, але щоб не сильно лякатися, їх можна порівняти з іншими великими будівництвами. Давним-давно за 20 років була побудована піраміда Хеопса вагою понад 6 мільйонів тонн. Або вже в наші часи - в Канаді в 1965 був побудований острів "Норт-Дам". Тільки ґрунту знадобилося 15 мільйонів тонн, а споруда зайняла лише 10 місяців. Найбільший морський корабель - Knock Nevis - мав водотоннажність 825 614 тонн. Будівництво в космосі має свої специфічні труднощі, але має і деякі переваги, наприклад, полегшення силових елементів через невагомість, практичну відсутність обмежень за масою та розмірами (на Землі досить велика конструкція просто розчавить сама себе).

Приблизно 95% маси міжзоряного корабля становитиме термоядерне паливо. Ймовірно, в якості будуть використовуватися бороводні, паливо - тверде, баки не потрібні, що дуже покращує характеристики корабля і полегшує його будівництво. Набирати бороводні краще не системі Земля-Луна, а десь подалі від Сонця, у системі Сатурна, наприклад, щоб уникнути втрат на сублімацію. Час будівництва можна оцінити у кілька десятків років. Термін не такий вже й великий, а крім того, тими самими будівельниками паралельно вестимуться й інші роботи в рамках освоєння Сонячної системи. Будівництво краще починати зі спорудження житлових блоків корабля, в яких і поселяться будівельники та інші спеціалісти. Заодно за час будівництва та накопичення палива буде протягом десятиліть перевірено стабільність роботи замкнутої системи життєзабезпечення.

Замкнена система життєзабезпечення – напевно, друге за складністю питання після проблеми двигунів. Одна людина споживає приблизно 5 кг води, їжі та повітря на добу, якщо все брати з собою, потрібно понад 200 тисяч тонн запасів. Рішення - повторне використання ресурсів, оскільки це відбувається планети Земля.

Повною мірою масштаб міжзоряних відстаней перельотів можна відчути тільки якщо зайнятися розглядом засобів здійснення таких польотів. Звичайно, такий розгляд не має на меті "відчути відстань". Не може воно розглядається як проектування конкретної конструкції міжзоряних кораблів. Дослідження питань міжзоряних перельотів сьогодні має інженерно-теоретичний характер. Не можна довести неможливість здійснення міжзоряних перельотів, але й нікому не вдало довести їхню здійсненність. Вихід із ситуації не простий - треба запропонувати таку конструкцію міжзоряних кораблів, яка була б сприйнята інженерно-науковою спільнотою як реалізована.

Польоти одиночних міжзоряних кораблів, що є правилом у фантастичній літературі, виключаються, можливий переліт лише ескадри кораблів, приблизно з десяток апаратів. Це вимога безпеки, а також - і забезпечення різноманітності життя за рахунок спілкування між екіпажами різних кораблів.

Після завершення будівництва ескадри вона переміщається до запасних запасів палива, стикується з ними і прямує в політ. Очевидно, розгін буде дуже повільним і протягом року-двох мобільніші апарати зможуть закинути на кораблі те, що забули, і зняти з борту передумали.

Переліт триватиме 100-150 років. Повільний розгін з прискоренням приблизно в соту частку земного протягом десятка років, десятки років польоту за інерцією, і дещо швидше, ніж розгін, гальмування. Швидкий розгін істотно скоротив би час перельоту, але він не можливий через неминуче велику масу рухової установки.

Переліт не буде настільки насичений космічними пригодами, як описано у фантастичній літературі. Зовнішніх загроз майже немає. Хмари космічного пилу, завихрення простору, провали в часі - вся ця атрибутика загрози не є її відсутністю. Навіть тривіальні метеорити дуже рідкісні у міжзоряному просторі. Основна зовнішня проблема – галактичне космічне випромінювання, космічні промені. Це ізотропний потік ядер елементів, що мають велику енергію та, отже, високу проникаючу здатність. На Землі від них нас захищає атмосфера і магнітне поле, в космосі, якщо тривалий політ, треба вживати спеціальні заходи, екранувати житлову зону корабля так, щоб доза космічного випромінювання не сильно перевищувала земний рівень. Тут допоможе простий конструктивний прийом - запаси палива (а вони дуже великі) розташовуються навколо житлових відсіків і екранують їхню відмінність від радіації більшу частину часу перельоту.