На міжпланетне міжзоряне та міжгалактичне. Чи можливі міжзоряні подорожі? Енергія та ресурси

Ми познайомилися з можливими фізичними відмінностями між нами та нашими космічними побратимами. Тепер приступимо до того, що може виявитися для нас суттєвішим, – до інтелектуальних відмінностей. Цю проблему можна сформулювати так.

Загадка 1. Обігнали нас у своєму розвитку інші цивілізації чи вони відстали від нас?

Припустимо, що в нашій Галактиці щонайменше мільйон «двійників» Землі, на яких існує розумне життя. Вони утворилися в різні епохи – на мільйони років раніше чи пізніше нашої, – і, отже, знаходяться на різних щаблях розвитку. Часи динозаврів, доісторичної людини, ранньої Римської імперії - всі ці епохи історії Землі в даний час, можливо, "копіюються", причому одночасно на кількох планетах. Не виключено, що ми на Землі переживаємо зараз еру, яку інші світи минули тисячі і навіть мільйони років тому.

Чи багато цивілізацій перевершило нас у своєму розвитку? І наскільки? Те, що говорить із цього приводу Позін, аж ніяк не втішне для нашої гордості. Земля не може увійти до числа цивілізацій високого або навіть середнього ступеня розвитку. Швидше за все ми займаємо щабель, не надто далекий від нижньогокінця еволюційної шкали Це випливає із простої і, як нам здається, незаперечної логіки.

Астрономи вважають, що енергії нашого Сонця вистачить принаймні 10 млрд. років. Склавши це число із віком Землі, що оцінюється в 5 млрд. років, отримаємо повний час існування Землі - 15 млрд. років. Пройшло 2,5 млрд. років до зародження життя на Землі, і ще стільки ж - до появи людини, що в сумі становить 1/3 від виділених на Землі частку 15 млрд. років. Людина, сліди нецивілізованого попередника якої вдається простежити лише на мільйон років тому, вийшла з печер і почала долучатися до цивілізації щонайбільше 12 000 років тому. Отже, подальшого розвитку людства залишається 10 млрд. років.

Якщо «тривалість життя» мільйона інших планет, подібних до Землі, також становить 15 млрд. років, їхній середній вік - 7,5 млрд. років, а середній вік цивілізацій - 2,5 млрд. років. Але близько половини цих «двійників» Землі, тобто приблизно 500 000 планет, ще старші.

Оскільки ми знаходимося поблизу найнижчої сходинки малорозвиненої половини, ми, ймовірно, перевищуємо у своєму розвитку приблизно 50 000 цивілізацій, але поступаємося 950 000 іншими. Ті, вік яких 10 млрд. років (подумати тільки - мільйони століть!) і які досягли неймовірних висот у розумовому розвитку, поза всякими сумнівами, поставили б нас, землян, не вище за майстерні мурахи, що живуть колоніями і виявляють сумнівний інтелект.

Проте наші підрахунки світів, що мешкають, можуть виявитися помилковими. Ймовірно, що у багатьох планетах умови перешкоджають виникненню життя. Ймовірно, деякі цивілізації в процесі еволюції зіткнулися з перешкодами і змогли нормально розвиватися лише після тривалої затримки. Частина зірок передчасно спалахнули як нові, завдаючи тим самим непоправної шкоди населеним планетам, які обертаються навколо них. І хто знає, скільки цивілізацій загинуло у вогні атомних воєн?

Але навіть сотні і тисячі подібних обмежень ненабагато зменшать кількість цивілізацій, які старші і, мабуть, розумніші за нашу. Незалежно від того, як ми ставимося до цього, Земля знаходиться, ймовірно, на рівні примітивної космічної культури. Існує багато тисяч цивілізацій, які випереджають нас на більшу кількість років, ніж потрібно світла для подолання відстані, що розділяє нас.

Загадка 2. Чи відвідувалася Земля інопланетними істотами, які спостерігали за нами за допомогою тарілок, що літають?

Більшість учених відразу ж скептично посміхнуться, почувши про тарілки, що літають.

За заявами авторитетних фахівців, у більшості випадків літаючі тарілки лише гра уяви. Особливо це стосується так званих контактних неототожених літаючих об'єктів (НЛО), які нібито запущені з Марса, Венери або інших планет і регулярно здійснюють посадку на свої бази. Деякі з них оголошували міжзоряними космічними кораблями, що викликало жваві дискусії про екзотичні переживання їх екіпажів.

Але не можна зовсім не враховувати думки тих, хто вважає, що НЛО, навіть якщо вони не сідали на Землю, з'являлися в нашому небі. Після першого повідомлення Арнольда в 1947 р. спеціальними пошуковими групами було зареєстровано понад 20 000 випадків появи літаючих тарілок - дивних утворень незвичайної форми або розжарених добела об'єктів, що мчать у повітрі з великими швидкостями. Ряд фахівців, які заслуговують на довіру - льотчики, оператори радарів і навіть деякі вчені - стверджували, що вони не раз спостерігали такі явища.

Головне, що показала вся кампанія з перевірки реальності НЛО - це те, що протягом більш ніж 15 років не було представлено жодного переконливого доказу їх існування. Прихильники НЛО стверджують, що деякі фотографії осколків «тарілок, що вибухнули», дивного попелястого сліду за підозрілим об'єктом та іншими непрямими свідченнями підтверджують існування інопланетних посланців. Але жоден із цих «доказів» неприйнятний ні для автора книги, ні для наукової громадськості загалом.

Прихильники "літаючих тарілок" дозволяють собі довільне тлумачення то одного, то іншого факту - і завжди на свою користь. Якби хтось раптом оголосив, що Земля порожня, прихильники літаючих тарілок були б серед тих, хто вимагав би доказів. Вони відкинули б інтерпретацію сейсмічних записів як зникнення звукових хвиль у гігантській порожнині на глибині, скажімо, 800 км. Вони питали б, чому сотні досвідчених сейсмологів не отримали таких результатів, і були б цілком праві, не визнаючи цієї дикої теорії, заснованої на хитких доказах, що наводяться нікчемною групою фанатиків, які обстоюють свою модель порожнистої Землі. Проте самі прихильники «літаючих тарілок», мабуть, нездатні зрозуміти порочність своєї позиції, самовпевнено висуваючи легковажні та необ'єктивні аргументи.

Якщо одного чудового дня літаюча тарілка приземлиться і весь світ побачить на власні очі, що з неї вийшов космонавт з іншої планети, то вчені - і разом з ними автор - визнають свою помилку.

Оскільки розвиток техніки орбітальних польотів призведе до польотів на Місяць і до появи космічних станцій, що живуть, наші космонавти з часом зможуть відповісти на питання, чи одні вони в космосі. Не в міру фанатичні прихильники «літаючих тарілок», які вимагають вже сьогодні пізнання в підозрілих об'єктах космічних гостей, мають набратися терпіння, а поки що їхні вимоги абсолютно безпідставні. Якби прибульці мали якусь певну мету, скажімо завоювання Землі, то, маючи в своєму розпорядженні надзвичайно розвинену техніку, у тому числі «літаючі тарілки», вони давно б її здійснили.

Інший аргумент: пілоти навмисно вважають за краще спостерігати нас здалеку, оскільки побоюються, що їхнє приземлення викличе паніку серед мешканців Землі і, можливо, загрозу космічній війні. Це спроба пояснити важливий факт, що жоден з кораблів-тарелок жодного разу не опустився на Землю і його екіпаж не вступив із нами, мешканцями Землі, у прямий контакт.

Звичайно, можна припускати, що прибульці з інших світів минулого відвідували Землю. Досить, що за 10 млрд. років багато цивілізацій могли досягти надзвичайно високого рівня розвитку космічної техніки, щоб погодитися з можливістю багаторазових відвідувань Землі, розділених інтервалами в мільйон років. Такі візити аж ніяк не здаються фантастичними тепер, коли людина сама готова відвідати Місяць та інші планети і вже мріє про польоти до зірок.

Отже, логіка майже невблаганно підказує нам, що в дослідженні Галактики зараз беруть участь тисячі цивілізацій і, можливо, світлофори, що регулюють цей дивовижний «космічний рух», керуються з єдиного центру.

Загадка 3. Чи існує космічна організація об'єднаних цивілізацій?

Фантазії? Але чому ж, якщо в Галактиці принаймні мільйон населених планет? Якщо більшість цивілізацій перегнали нас у своєму розвитку і вже давно розіслали по всіх напрямках міжзоряні кораблі, вони рано чи пізно мали зустрітися один з одним. Можливо, мали місце справжні «війни світів» та виникали імперії, військовими трофеями яких були окремі планети. І інші темні дії, скоєні людиною Землі, можуть повторитися у космічному масштабі.

Ймовірно, було б розроблено систему космічного права та утворено галактичну асамблею, що включає як представників передових цивілізацій, так і малорозвинених новачків. Її сесії можуть приймати резолюції, спрямовані на збереження миру та скорочення розриву на рівні розвитку цивілізацій, розділених багатьма світловими роками.

Початок Організації об'єднаних цивілізацій було б покладено мільйони років тому. І, коли делегати нашої сонячної системи прибудуть на «багатолюдну» асамблею і з подивом оглянуть інопланетних дипломатів, Земля буде одним з останніх членів, які щойно досягли галактичного статуту і вийшли з-поміж слаборозвинених планет.

Найвідоміші вчені Землі не бачать у цій ідеї нічого антинаукового, і Хойл цілком серйозно говорить про «міжзоряний клуб», до якого колись буде запрошено і людство.

Об'єднання зусиль різних цивілізацій для вирішення загальногалактичних завдань і розвитку техніки (що почалося, ймовірно, ще до появи на Землі першого мікроорганізму), безсумнівно, призвело б до планомірних пошуків відсталих цивілізацій, яким ще недоступні міжзоряні польоти. Якщо на виявленій планеті поки немає розумних істот або їхня культура ще надто примітивна для вирішення справжніх космічних завдань, така планета не може вважатися кандидатом у члени спільноти. Земля виявилася б такою планетою.

Але немає жодної впевненості в тому, що високорозвинені в галузі космічної техніки, але цивілізації, що ще не досягли соціальної зрілості, не спробували б завоювати інші планети. Цілком можливо, що деякі з наших давніх і найживучих легенд зобов'язані своєю появою вторгнення космічних прибульців.

Наприклад, загибель легендарної Атлантиди в океані була безжальним актом, який космічні конкістадори вчинили після її пограбування (золото, діаманти, уран або навіть залізо - рідкісний і тому безцінний метал на їх планеті), приховавши сліди свого злочину від пильних патрулів «гуманної» .

Загадка 4. Чи був Тунгуський метеорит космічним кораблем із екіпажем?

У червні 1908 р. на територію Східного Сибіру впав гігантський метеорит, шум падіння якого був почутий у радіусі 300 км. На відміну від Аризонського та Чаббського метеоритів він не утворив кратера, проте потужна повітряна хвиля повалила дерева у радіусі 80 кмніби метеорит вибухнув у повітрі ще до падіння на поверхню. Але кілька експедицій у район падіння, організованих Академією наук СРСР, не знайшли великих уламків гігантського метеорита, які мали б впасти на Землю.

Було висунуто дві теорії, кожна з яких вважає об'єкт, що вибухнув, штучним, а саме кораблем іншого світу.

Згідно з першою теорією, це був космічний корабель з термоядерним двигуном, який вибухнув під час спроби приземлитися. Це пояснило б величезну потужність вибухової хвилі; але рівень радіоактивності в області падіння дуже малий, що не узгоджується з цією теорією. Енергії під час вибуху ядерного двигуна космічного корабля, еквівалентної щонайменше тисячі водневих бомб, було б достатньо, щоб район вибуху на сотні років перетворився на атомну пустелю. Але нині ця область тайги вкрита буйною рослинністю.

Інше припущення зводиться до того, що корабель прилетів із антисвіту. За останнє десятиліття фізики-ядерники для кожної відомої елементарної частинки теоретично передбачили античастинку і багато хто з них уже отримав експериментально. Негативно зарядженому електрону відповідає позитивно заряджений антиелектрон, або позитрон, протону - антипротон, нейтрон - антинейтрон і так далі для більш ніж тридцяти частинок.

При зустрічі будь-якої частинки зі своєю античасткою відбувається їх зникнення, анігіляція, і вся маса перетворюється на випромінювання з виділенням енергії, тисячуразів більшою, ніж при реакціях розщеплення чи синтезу атомних ядер.

Античастинки незвичайні лише у світі нормальних частинок, а в антисвіті ті та інші змінюються ролями. Але, оскільки вперше античастинки були відкриті у складі космічних променів, які сиплються дощем із міжзоряного простору, розумне питання: а чому б не існувати цілим зіркам і навіть галактикам, що складаються з антиречовини?

Поки галактики і антигалактики розділені величезними відстанями, вони можуть існувати, не викликаючи загибель один одного. Однак не виключено, що випромінювання галактик, що зіштовхуються (наприклад, у сузір'ї Лебедя) зобов'язане своєю величезною потужністю катастрофічним процесам анігіляції зірок і «антизірок».

Тепер легко бачити, яка жахлива драма могла розігратися над поверхнею Землі. Провівши в дорозі довгі роки, можливо все життя, подолавши відстань від однієї зірки до іншої, невідомі астронавти, переконавшись у тому, що Земля живе, з нетерпінням готувалися до посадки. Але занурення в щільні шари земної атмосфери (на висоті близько 80 км) антиречовина їхнього корабля вступила в реакцію з газами атмосфери - і зіркова подорож закінчилася жахливим спалахом.

Цей надвибух не розсіяв атомів "на вітер". Вони анігілювали, і при цьому виділилася енергія, що багато разів перевершує енергію термоядерного вибуху. Могила космонавтів відзначена лише суцільно поваленим лісом, і не залишилося жодних слідів самих прибульців або їхнього корабля.

Ця теорія чудово пояснює загадку Тунгуського метеорита і, якщо вона відповідає дійсності, пропонує приклад одного з рідкісних візитів з космосу.

І все-таки це лише припущення; поки що ніхто не може дати нам відповіді на запитання, чи відвідувалася Земля гостями з Космосу.

Загадка 5. Чи стане космічний корабель із Землі загадковою «літаючою тарілкою» для жителів іншої планети?

Найближча до нас планетна система зірки Проксіми Центавра принаймні у 7500 разів далі за Плутон, на відстані 42 трильйони км. (Звичайно, у Проксіми Центавра може взагалі не бути планет, а якщо і є, то вони можуть виявитися безлюдними.) Важко уявити ті величезні відстані, які поділяють Сонце та найближчі зірки.

У сфері радіусом 12 світлових років (113 трлн. км) налічується 18 зірок, видимих ​​неозброєним оком, включаючи дві всім добре відомі - Сіріус та Проціон. Очевидно, для відвідування будь-якої з цих зірок міжпланетнікораблі непридатні. Навіть якщо ракета розвине швидкість 1600 км/секі перетне орбіту Плутона через 40 годин з моменту старту, для досягнення Проксіми Центавра їй знадобиться 3000 років. Отже, необхідні значно швидші міжзорянікораблі. Але навіть збільшення швидкості у 10 разів скоротить час подорожі лише до 300 років. Щоб міжзоряні польоти стали можливими, швидкість ракети має наблизитися до швидкості світла. Космічний корабель, що летить зі швидкістю світла (300 000 км/сек), досяг би Плутона всього за п'ять годин, а зірки найближчої сусідки Проксима Центавра – за 38 000 годин або 4,3 роки. Ракети на хімічному паливі не годяться, тому що для розвитку швидкості, хоча б рівної малій частці швидкості світла, необхідні резервуари для пального розміром з астероїди. Ракети з ядерними і так званими електростатичними іонними двигунами могли б розвинути велику, але знов недостатню швидкість.

Тільки нові типи двигунів забезпечать нас справжніми міжзоряними кораблями. Серед них, можливо, буде фотонна ракета.

Подібно до того, як в електростатичному ракетному двигуні джерелом тяги служить потік іонів високої швидкості, фотонний двигун випромінює потужний пучок світлових квантів, що забезпечує реактивну силу. Щоправда, деякі фахівці з ракетної техніки вважають, що ці проекти нереальні, бо знадобився фотонний генератор неймовірних розмірів і потужності.

В останні роки бурхливо розвиваються лазери. Ці прилади генерують надзвичайно потужні пучки випромінювання (видимого, ультрафіолетового чи інфрачервоного). Щодня ми чуємо та читаємо повідомлення про нові подвиги лазерів: ними в частки секунди пропалюють отвори в алмазах, ріжуть пластинки сталі. Інженери не сумніваються, що їм вдасться зрештою зосередити в промені лазера потужність, яку вимірюють мільйони ват.

Космічний корабель, оснащений лазерним фотонним двигуном, здатний розвивати швидкість, що дорівнює 90% швидкості світла. Тоді подорож до Проксіми Центавра займе менше п'яти, а до Сіріуса (відстань 8,6 світлових років) – близько дев'яти років. Якби космонавти добровільно погодилися провести своє життя на борту космічного корабля, то можна було б відвідати всі зірки в радіусі 25 світлових років, сподіваючись знайти іншу планетну систему і один з мільйонів «двійників» Землі, населений розумними істотами.

Але чи це допоможе?..

Загадка 6. Яка можливість виявити життя в «найближчих» околицях Сонця, доступних фотонній ракеті?

Зі всього сказаного вище випливає, що ця ймовірність практично дорівнює нулю. Якщо оцінка Струве вірна і кількість подібних до Землі планет у нашій Галактиці дійсно становить один мільйон, то це означає, що в середньому з 200 000 зірок тільки одній пощастило бути володаркою сімейства планет. На жаль, як випливає з розрахунків Хорнера (Гейдельберзька обсерваторія), у сфері радіусом 160 світлових років міститься лише 10 зірок із планетними системами. Значить, тільки при фантастичному везінні «поблизу» від нас існує зірка, - можливо навіть, це Проксима Центавра - з планетою.

Якщо збільшити оцінку Струве в 100 разів, то нашим космонавтам доведеться обстежити 2000 зірок, перш ніж знайдеться одна з планетою. Більше того, їхня подорож триватиме щонайменше 100 років – більше тривалості їхнього життя. Отже, через значну тривалість польотів, начебто, неможливо успішно впоратися із завданням пошуків братніх світів. Очевидно, космонавтам не вистачить життя, щоб подолати навіть десяту частину шляху до таких далеких зірок, а тим більше відвідати їх і повернутися на Землю.

Однак одна обставина відсуває цей тимчасовий бар'єр.

Загадка 7. Чи космонавти зможуть подолати відстань у 1000 світлових років за один рік?

Якби космічний корабель зміг розвинути швидкість, рівну, скажімо, 99 % швидкості світла чи більше, знаменитий парадокс «уповільнення часу» теорії відносності Ейнштейна усунув би тимчасовий бар'єр. Теоретично для людини, що рухається разом із ракетою з такою швидкістю, час буквально уповільнить хід.

Коли годинник на Землі відрахує 1000 років, для команди корабля пройде 10 років, а то й менше, залежно від того, наскільки його швидкість близька до швидкості світла. Тому, досягнувши планети, вони стануть старшими лише на кілька років. Повертаючись з тією ж швидкістю, вони прилетять на Землю мало старіючими, але не знайдуть своїх рідних і друзів, які давно вже померли.

Загадка 8. Чи зможе людина відвідувати інші світи на надсвітлових кораблях?

З теорії відносності випливає, що, якщо швидкість тіла прагне швидкості світла (яка передбачається постійної), його маса прагне нескінченності, отже фізично неможливо продовжувати прискорення об'єкта до вищої швидкості.

Але якби швидкість світла перестала відігравати роль стримуючого чинника для наших космічних кораблів, то сонячна система стала б ставком, Чумацький Шлях – озером, міжгалактичний простір – морем, а весь Всесвіт – океаном. Досить велика швидкість скоротить тривалість подорожей із століть до кількох місяців та років.

Однак подолання космічних відстаней – жахливо важке завдання. Навіть світловий рік – недостатньо велика одиниця, коли доводиться мати справу з віддаленими об'єктами. Всі зірки, що видно на нічному небі, знаходяться в нашій Галактиці в межах 100 000 світлових років. Але вже найближча галактика в сузір'ї Андромеди віддалена від нас на 2300000 світлових років, а інші мільйони і мільйони галактик - на мільярди світлових років. Астрономам незручно користуватися цією одиницею, і вони запровадили нову - парсек.

Слово «парсек» утворене з початкових складів двох слів – паралакс та секунда. Паралакс - це величина кутового зміщення зображення зірки щодо зоряного фону при спостереженні з діаметрально протилежних точок земної орбіти, відстань між якими 300 млн. км. Якщо паралакс (видиме усунення) дорівнює 1 секунді дуги, то відстань до об'єкта, що спостерігається, дорівнює 1 парсеку. Один парсек відповідає 3,26 світлових років, або 31 трильйону км. Як видно, парсек ненабагато більший за світловий рік, тому астрономи часто користуються похідними від парсека одиницями - кілопарсеком (1000 парсек) і мегапарсеком (1 000 000 парсек). Туманність Андромеди від нас на 700 кілопарсек, а група галактик у сузір'ї Волос Вероніки - на 25 мегапарсек (майже 90 000 000 світлових років).

За допомогою радіотелескопів і 5-метрового Паломарського рефлектора кордону Всесвіту, що спостерігається, було розсунуто до 7,5 млрд. світлових років, тобто до 2300 мегапарсек. Таким чином, мегапарсек як одиниця відстані теж стає непридатним, і деякі астрономи роблять ще один крок уперед і визначають розміри видимої частини Всесвіту величиною 2,3 гігапарсек(префікс гігаозначає мільярд).

Швидкість, яка знадобилася б для польоту до найдальших з відомих галактик, виражається фантастичним числом; відстань виходить множенням 7,5 млрд. світлових років на той шлях, який проходить світло за рік (10 трлн. км), і становить 75 · 10 21 км. Рухаючись у мільйон разів швидше за світло, космічний корабель досяг би таких віддалених об'єктів лише через 750 років.

Очевидно, навіть усунення всіх релятивістських обмежень не зробить приємною прогулянкою такі польоти у Великому Всесвіті і навіть надсвітлові кораблі дозволять дослідити лише нашу власну порівняно невелику Галактику і навряд чи об'єкти за її межами.

Це певною мірою відповідь тим, хто споглядаючи міріади світів, можливо заселених, запитає, подібно до Теллера: «Де ж ви?» Нас могли б відвідати на надшвидкісних ракетах лише уродженці нашої Галактики, і навіть тоді їм довелося б попрацювати, щоб серед кожних 200 000 зірок знайти одну, оточену планетами. Звідси логічно випливає висновок, що будь-яка планета, в тому числі і Земля, не відвідуватиметься надто часто за всі 10 млрд. років існування життя.

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

За допомогою телескопа «Кеплер» астрономи вже 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 у рідкому вигляді.

Однак відповідь на головне питання, чи самотні ми у Всесвіті, отримати важко – через величезну дистанцію, що розділяє Сонячну систему та 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 подивитися на досі фантастичну ідею міжзоряних перельотів.

Мал. 1. Найближчі до нашої Сонячної системи зірки.

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

Дорогу безпілотникам

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 швидке досягнення мети. Так, Voyager 1, що рухається зі швидкістю близько 17 км/с, навіть до найближчої до нас зірки Проксима Центавра (4,2 світлових років) 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 Центавра потрібні десятки тисяч тонн палива. При цьому зі зростанням маси корабля збільшується кількість необхідного палива, і для його транспортування потрібне додаткове пальне. Замкнене коло, що ставить хрест на баках з хімічним паливом – будівництво космічного судна вагою 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 в 10% швидкості світла потрібно більше пального, ніж у відомому всесвіті.

Реакція термоядерного синтезу виробляє енергії на одиницю маси загалом у мільйон разів більше, ніж хімічні процеси згоряння. Саме тому у 1970-х роках у НАСА звернули увагу на можливість застосування термоядерних ракетних двигунів. Проект безпілотного космічного корабля Дедал припускав 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.

Мал. 2. Космічний корабель Дедал у порівнянні з хмарочосом Емпайр Стейт Білдінг.

Дедал мав взяти на борт 50 тис. тонн паливних гранул діаметром 40 та 20 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 керується потужним магнітним полем. Основна молібденова камера згоряння двигуна Дедала мала мати вагу понад 218 тонн, камера другого ступеня – 25 тонн. Магнітні надпровідні котушки теж до вподоби величезному реактору: перша вагою 124,7 т, а друга - 43,6 т. Для порівняння: суха маса шатла менше 100 т.

Політ Дедала планувався двоетапним: двигун першого ступеня мав пропрацювати понад 2 роки та спалити 16 млрд 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.

Мал. 3. Тор Стенфорда – колосальна споруда з цілими містами всередині обода.

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 до 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 довжиною 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 років не дає надію на плідну роботу на поверхні планети та на повернення додому.

Однак, 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. Однак ризик загибелі все одно надто високий і потребує радикального рішення.

Складною залишається проблема радіації. Навіть поблизу Землі (на борту МКС) космонавти перебувають не більше як 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 з 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, які 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 у стані спокою десятиліття, і несподівано масштабно поширюватись при порушенні роботи імунної системи. Крім цього, дослідження дає зрозуміти, що ми ще мало знаємо про реакцію людського організму на тривале перебування у космосі. Сьогодні космонавти, здорові сильні люди, проводять там надто мало часу, щоб переносити їхній досвід на тривалий міжзоряний переліт.

Мал. 4. Проект Біосфера-2 починався з красивої, ретельно підібраної екосистеми, що пихає здоров'ям.

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 обертати зі швидкістю 3 оберти 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, в якому могли б жити 10 тис. космонавтів. Завдяки своїм розмірам воно забезпечує силу ваги на рівні 0.9-1,0 g і 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 в розважуванні тора вплинуть на швидкість обертання і викликають коливання всієї конструкції.

Мал. 5. …а закінчився екологічною катастрофою.

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. Однак усі 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 із 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 за 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 є численні зразки, розроблені для очищення стічних вод, вироблення біопалива і т.д.

Заморожений сон

Практично 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 щонайменше 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, відтаювали 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.

Мал. 6. Біореактор для вирощування генетично модифікованих мікроводоростей та інших мікроорганізмів може вирішити проблему харчування та переробки відходів.

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 білківта 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 решітки 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 при кріогенних температурах (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 кріостазису 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 воронку 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 в 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 минуло 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 важкоздійсненна в 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.

Мал. 7. Сибірський вуглезуб може впадати в анабіоз на десятиліття.

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.

Термоядерний реактор на дейтерії та тритії може генерувати 6х10 11 Дж на 1 г водню – виглядає переконливо, особливо якщо врахувати, що це в 10 мільйонів разів більш ефективно, ніж хімічні ракети. Реакція матерії та антиматерії виробляє приблизно на два порядки більше енергії. Коли йдеться про анігіляцію, розрахунки вченого Марка Мілліса та плід його 27-річної праці не виглядають такими вже гнітючими: Мілліс розрахував витрати енергії на запуск космічного корабля до Альфи Центавра і з'ясував, що вони становитимуть 10 18 Дж, тобто. Майже річне споживання електрики всім людством.

Але це лише один кілограм антиречовини.

Мал. 8. 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, який 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 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, який ускладнює міжзоряний політ на фотонній тязі. Сучасні технології виробництва антиречовини дозволяють виготовити один грам антиводню за ціною десяток трильйонів доларів.

Однак 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 нема чого 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 долетіти 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 вищеописане – фантастика і не має відношення до найближчого майбутнього. На щастя, це негаразд. 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.

Все, що називають "варп-двигуном", відсилає нас швидше до "Зоряного шляху", ніж до NASA. Ідея варп-двигуна Алькуб'єрре в тому, що він може бути можливим рішенням (або хоча б початком його пошуку) завдання подолання обмежень всесвіту, які він накладає на подорожі швидше за швидкість світла.

Основи цієї ідеї досить прості і NASA використовує приклад бігової доріжки для її пояснення. Хоча людина може рухатися з кінцевою швидкістю на біговій доріжці, спільна швидкість людини і доріжки означає, що кінець буде ближче, ніж міг бути у разі руху звичайною доріжкою. Бігова доріжка - це саме , що рухається по простору-часу у свого роду міхурі розширення. Перед варп-двигуном простір-час стискається. За ним розширюється. Теоретично це дозволяє двигуну переміщати пасажирів швидше швидкості світла. Один з ключових принципів, пов'язаний з розширенням простору-часу, як вважають, дозволив Всесвіту швидко розширитися миті після Великого Вибуху. Теоретично ідея має бути цілком здійсненною.

Жахливо, коли на Землі немає Інтернету, і ви не можете підвантажити Google Maps на своєму смартфоні. Під час міжзоряних перельотів без нього буде ще гірше. Вийти в космос - це лише перший крок, вчені вже зараз починають замислюватися, що робити, коли нашим пілотованим та безпілотним зондам потрібно буде передавати повідомлення назад на Землю.

У 2008 році NASA провело перші успішні випробування міжзоряної версії Інтернету. Проект був запущений ще 1998 року в рамках партнерства між Лабораторією реактивного руху NASA (JPL) та Google. За десять років у партнерів з'явилася система Disruption-Tolerant Networking (DTN), яка дозволяє відправляти зображення на космічний апарат за 30 мільйонів кілометрів.

Технологія повинна мати можливість справлятися з великими затримками і перебоями в передачах, тому може продовжувати передачу, навіть якщо сигнал переривається на 20 хвилин. Він може проходити крізь, між чи через усе, від сонячних спалахів і сонячних бур до набридливих планет, які можуть опинитися на шляху передачі даних, без втрати інформації.

Як каже Вінт Серф, один із засновників нашого земного Інтернету та піонер міжзоряного, система DTN долає всі проблеми, на які хворіє традиційний протокол TCIP/IP, коли йому потрібно працювати з великими відстанями, у космічних масштабах. З TCIP/IP пошук у Google на Марсі займе так багато часу, що результати зміняться, поки запит буде оброблятись, а на виході інформація буде частково втрачена. З DTN інженери додали щось абсолютно нове - можливість призначати різні доменні імена різним планетам і вибирати, на якій планеті ви хочете здійснити пошук в Інтернеті.

Що щодо подорожі до планет, з якими ми поки що не знайомі? Scientific American припускає, що може бути спосіб, хоч і дуже дорогий і трудомісткий, провести інтернет до Альфи Центавра. Запустивши серію зондів фон Неймана, що самовідтворюються, можна створити довгу серію ретрансляційних станцій, які можуть відправляти інформацію по міжзоряному ланцюгу. Сигнал, народжений у нашій системі, пройде зондами і досягне Альфи Центавра, і навпаки. Щоправда, потрібно багато зондів, на будівництво і запуск яких підуть мільярди. Та й взагалі, враховуючи те, що найдальшому зонду доведеться долати свій шлях тисячі років, можна припустити, що за цей час зміняться не лише технології, а й загальна вартість заходу. Не поспішатимемо.

Ембріональна колонізація космосу

Одна з найбільших проблем міжзоряних подорожей - і колонізації в цілому - полягає в кількості часу, який необхідно, щоб кудись дістатися, навіть маючи в рукаві якісь варп-двигуни. Саме завдання доставити групу поселенців до пункту призначення породжує масу проблем, тому народжуються пропозиції відправити не групу колоністів з повністю укомплектованим екіпажем, а скоріше корабель, набитий ембріонами - насінням майбутнього людства. Як тільки корабель досягає потрібної відстані до пункту призначення, заморожені ембріони починають рости. Потім з них виходять діти, які ростуть на кораблі, і коли вони нарешті досягають пункту призначення, у них є всі можливості зачати нову цивілізацію.

Очевидно, все це, у свою чергу, піднімає величезну купу питань, на кшталт того, хто і як здійснюватиме вирощування ембріонів. Роботи могли б виховати людей, але якими будуть люди, яких виростили роботи? Чи зможуть роботи зрозуміти, що потрібно дитині, щоб рости та процвітати? Чи зможуть зрозуміти покарання та заохочення, людські емоції? Та й взагалі, ще доведеться з'ясувати, як зберігати заморожені ембріони цілістю сотні років і як вирощувати їх у штучному середовищі.

Одним із запропонованих рішень, яке може вирішити проблеми робота-няньки, може стати створення комбінації з корабля з ембріонами та корабля з анабіозом, у якому сплять дорослі, готові прокинутися, коли їм доведеться вирощувати дітей. Низка років виховання дітей разом із поверненням до стану сплячки може, теоретично, призвести до стабільної популяції. Ретельно створена партія ембріонів може забезпечити генетичну різноманітність, яка дозволить підтримувати популяцію у більш-менш стійкому стані після встановлення колонії. У корабель з ембріонами можна включити також додаткову партію, яка дозволить ще більше урізноманітнити генетичний фонд.

Зонди фон Неймана

Все, що ми будуємо та відправляємо в космос, неминуче стикається з власними проблемами, і зробити щось, що проїде мільйони кілометрів і не згорить, не розвалиться та не згасне, здається абсолютно неможливим завданням. Втім, вирішення цього завдання, можливо, було знайдено десятки років тому. У 1940-х роках фізик Джон фон Нейман запропонував механічну технологію, яка відтворюватиметься, і хоча до міжзоряних подорожей його ідея не мала жодного відношення, все неминуче до цього прийшло. У результаті зонди фон Неймана можна було б використовувати, теоретично, для дослідження величезних міжзоряних територій. На думку деяких дослідників, ідея про те, що все це спало на думку першим, не тільки помпезна, а й малоймовірна.

Вчені з Університету Единбурга опублікували роботу в International Journal of Astrobiology, де досліджували не лише можливість створення такої технології для власних потреб, але й ймовірність того, що хтось уже це зробив. Грунтуючись на попередніх розрахунках, які показували, наскільки далеко може забратися апарат, використовуючи різні способи пересування, вчені вивчили, як це рівняння зміниться, якщо його застосувати до апаратів, що самовідтворюються, і зондів.

Розрахунки вчених будувалися навколо зондів, що самовідтворюються, які могли б використовувати сміття та інші матеріали космосу для будівництва молодших зондів. Батьківські та дочірні зонди множилися б так швидко, що покрили всю галактику всього за 10 мільйонів років - і це за умови, якби вони рухалися на 10% швидкості світла. Втім, це означало б, що в певний момент нас мали відвідувати якісь подібні зонди. Оскільки ми їх не бачили, можна підібрати зручне пояснення: або недостатньо технологічно розвинені, щоб знати, де шукати, або .

Рогатка з чорною дірою

Ідея використання гравітації планети або місяця для пострілу, як із рогатки, бралася на озброєння в нашій Сонячній системі не раз і не два, насамперед «Вояджером-2», який отримав додатковий поштовх спочатку від Сатурна, а потім від Урану на шляху із системи . Ідея передбачає маневрування корабля, яке дозволить йому збільшити (або зменшити) швидкість у міру руху через гравітаційне поле планети. Особливо цю ідею люблять письменники-фантасти.

Письменник Кіп Торн висунув ідею: такий маневр може допомогти апарату вирішити одну із найбільших проблем міжзоряних подорожей – споживання палива. І запропонував ризикованіший маневр: розгін за допомогою бінарних чорних дірок. Хвилинне спалювання палива знадобиться, щоб пройти критичну орбіту від однієї чорної дірки до іншої. Зробивши кілька обертів навколо чорних дірок, апарат набере швидкість, близьку до світлової. Залишиться тільки добре прицілитися та активувати ракетну тягу, щоб прокласти собі курс до зірок.

Малоймовірно? Так. Дивно? Безперечно. Торн підкреслює, що є безліч проблем у такій ідеї, наприклад, точні розрахунки траєкторій та часу, які не дозволять відправити апарат прямо до найближчої планети, зірки чи іншого тіла. Також виникають питання про повернення додому, але якщо вже ви наважитеся на такий маневр, повертатися ви точно не плануєте.

Прецедент для такої ідеї вже утворився. У 2000 році астрономи виявили 13 наднових, що летять по галактиці з неймовірною швидкістю 9 мільйонів кілометрів на годину. Вчені Університету Іллінойсу в Урбана-Шампань з'ясували, що ці норовливі зірки були викинуті з галактики парою чорних дір, які виявилися замкненими в пару в процесі руйнування та злиття двох окремих галактик.

Starseed Launcher

Коли справа доходить до запуску навіть зондів, що самовідтворюються, виникає проблема споживання палива. Це не зупиняє людей від пошуку нових ідей, як запускати зонди на міжзоряні відстані. Цей процес зажадав би мегатонни енергії, використовуй ми технології, які ми маємо сьогодні.

Форрест Бішоп з Інституту атомної інженерії заявив, що створив метод запуску міжзоряних зондів, який вимагатиме кількості енергії, приблизно еквівалентної енергії автомобільної батареї. Теоретичний Starseed Launcher буде приблизно 1000 кілометрів завдовжки і складатиметься в основному з дроту та проводів. Незважаючи на свою довжину, вся ця штуковина могла б уміститися в одному вантажному судні та зарядитися від 10-вольтової батареї.

Частина плану включає запуск зондів, які трохи більше мікрограма по масі та містять лише основну інформацію, необхідну для подальшого будівництва зондів у космосі. За низку запусків можна запустити мільярди таких зондів. Основна суть плану в тому, що зонди, що самовідтворюються, зможуть об'єднатися один з одним після запуску. Сам пусковий механізм буде обладнаний надпровідними котушками магнітної левітації, що створюють зворотну силу, що забезпечує тягу. Бішоп каже, що деякі деталі плану вимагають опрацювання на кшталт протидії зондами міжзоряної радіації та сміття, але загалом можна починати будувати.

Особливі рослини для космічного життя

Як тільки ми кудись зберемося, нам знадобляться способи вирощування їжі та регенерації кисню. Фізик Фрімен Дайсон запропонував кілька цікавих ідей щодо того, як це можна було б здійснити.

1972 року Дайсон читав свою знамениту лекцію в лондонському коледжі Біркбек. Тоді ж він припустив, що за допомогою деяких генетичних маніпуляцій можна було б створити дерева, які зможуть не тільки рости, а й процвітати на непривітній поверхні, наприклад, комети. Перепрограмуйте дерево відбивати ультрафіолетове світло та ефективніше зберігати воду, і дерево не тільки пустить коріння і зростатиме, а й досягне немислимих за земними мірками розмірів. У одному з інтерв'ю Дайсон припустив, що у майбутньому, можливо, з'являться чорні дерева, як у космосі, і Землі. Дерева на основі кремнію були б ефективнішими, а ефективність - це ключ до тривалого існування. Дайсон підкреслює, що цей процес буде не хвилинним - можливо, років за двісті ми нарешті з'ясуємо, як змусити дерева рости в космосі.

Ідея Дайсона не така вже й безглузда. Інститут передових концепцій NASA це цілий відділ, завдання якого вирішувати проблеми майбутнього, і серед них завдання вирощувати стабільні рослини на поверхні Марса. Навіть тепличні рослини на Марсі зростатимуть у надзвичайних умовах, і вчені перебирають різні варіанти, намагаючись поєднати рослини з екстремофілами, крихітними мікроскопічними організмами, які виживають у найжорстокіших умовах на Землі. Від високогірних томатів, які мають вбудований опір до ультрафіолетового світла, до бактерій, які виживають у найхолодніших, гарячих і глибоких куточках земної кулі, ми, можливо, одного разу зберемо частинами марсіанський сад. Залишилося тільки з'ясувати, як зібрати всі ці цеглини разом.

Локальна утилізація ресурсів

Життя у відриві від землі може бути новомодною тенденцією на Землі, але коли справа доходить до місячних місій у космосі, це стає необхідним. Нині NASA займається, крім іншого, вивченням питання локальної утилізації ресурсів (ISRU). На космічному судні не так багато місця, і створення систем для використання матеріалів, виявлених у космосі та на інших планетах, буде необхідним для будь-якої довгострокової колонізації чи поїздок, особливо коли пунктом призначення стане місце, куди буде непросто доставити вантаж постачання, паливо, їжу та інше. Перші спроби демонстрації можливостей використання локальних ресурсів було здійснено на схилах гавайських вулканів і під час полярних місій. До списку завдань входять такі пункти, як видобуток паливних компонентів з попелу та іншої доступної у природі місцевості.

У серпні 2014 року NASA зробило потужну заяву, показавши нові іграшки, які вирушать на Марс із наступним марсоходом, запуск якого відбудеться 2020 року. Серед інструментів в арсеналі нового марсоходу є MOXIE, експеримент із локальної утилізації ресурсів у вигляді марсіанського кисню. MOXIE забиратиме непридатну для дихання атмосферу Марса (на 96% складається з діоксиду вуглецю) і розділятиме її на кисень і моноксид вуглецю. Апарат зможе виробляти 22 грами кисню за кожну годину роботи. NASA також сподівається, що MOXIE зможе продемонструвати дещо ще - постійну роботу без зниження продуктивності або ефективності. MOXIE може не тільки стати важливим кроком у напрямку довгострокових позаземних місій, а й прокласти шлях безлічі потенційних перетворювачів шкідливих газів у корисні.

2suit

Відтворення в космосі може стати проблемним на різних рівнях, особливо в умовах мікрогравітації. У 2009 році японські експерименти на ембріонах мишей показали, що навіть якщо запліднення відбувається в умовах ненульової гравітації, ембріони, що розвиваються за межами звичного тяжіння Землі (або його еквівалента), не розвиваються нормально. Коли клітини мають ділитися та виконувати спеціальні дії, виникають проблеми. Не означає, що запліднення немає: ембріони мишей, зачаті у космосі і впроваджені у земних самок мишей, успішно зросли і були народжені без проблем.

Це також порушує інше питання: як саме виробництво дітей працює в умовах мікрогравітації? Закони фізики, особливо той факт, що кожна дія має однакову протидію, роблять його механіку трохи безглуздою. Ванна Бонта, письменник, актриса та винахідник, вирішила серйозно зайнятися цим питанням.

І створила 2suit: костюм, в якому дві людини можуть сховатися і зайнятися виробництвом дітей. Його навіть перевірили. У 2008 році 2suit був випробуваний на так званій Vomit Comet (літаку, який здійснює круті віражі і створює хвилинні умови невагомості). Хоча Бонта припускає, що медові місяці в космосі можуть стати реальними завдяки її винаходу, костюм має і практичніші застосування, на кшталт збереження тепла тіла в надзвичайній ситуації.

Проект Longshot

Проект Longshot був складений групою Військово-морської академії США та NASA у рамках спільної роботи наприкінці 1980-х. Кінцева мета плану полягала у запуску чогось на рубежі 21 століття, а саме безпілотного зонда, який вирушить до Альфи Центавра. Йому знадобилося б 100 років, щоб досягти своєї мети. Але перш ніж він буде запущений, йому знадобляться деякі ключові компоненти, які теж потрібно розробити.

Крім комунікаційних лазерів, довговічних реакторів ядерного поділу та ракетного двигуна на інерційному лазерному синтезі були й інші елементи. Зонд повинен був отримати незалежне мислення та функції, оскільки було б практично неможливо підтримувати зв'язок на міжзоряних відстанях досить швидко, щоб інформація залишалася релевантною після досягнення пункту прийому. Також все мало бути неймовірно міцним, оскільки зонд досягне пункту призначення за 100 років.

Longshot збиралися відправити до Альфи Центавра з різними завданнями. В основному він мав зібрати астрономічні дані, які б дозволили точно розрахувати відстані до мільярдів, якщо не трильйонів, інших зірок. Але якщо ядерний реактор, який живить апарат, вичерпається, місія теж зупиниться. Longshot був дуже амбітним планом, який так і не зрушив з мертвої точки.

Але це не означає, що ідея померла у зародку. 2013 року проект Longshot II буквально відірвався від землі у вигляді студентського проекту Icarus Interstellar. З моменту появи оригінальної програми Longshot пройшли десятиліття технологічних досягнень, їх можна застосувати до нової версії і програма загалом отримала капітальний ремонт. Було переглянуто витрати на паливо, термін місії був урізаний удвічі і весь дизайн Longshot був переглянутий від голови до п'ят.

Остаточний проект стане цікавим показником того, як нерозв'язна проблема змінюється з додаванням нових технологій та інформації. Закони фізики залишаються колишніми, але через 25 років у Longshot з'явилася можливість знайти друге дихання і показати нам, якою має бути міжзоряна подорож майбутнього.

За матеріалами listverse.com

Космічна ракета, що доставила в ніч з 13 на 14 вересня 1959 р. вимпел Радянського Союзу на Місяць, пройшла свій шлях за 1,5 доби. Приблизно стільки ж часу знадобилося американській космічній ракеті, що зробила в липні 1964 перед падінням на поверхню Місяця фотографування місячних ландшафтів з близьких відстаней. При майбутніх польотах людини на Місяць фактор часу не відіграватиме великої ролі. Тривалість цієї космічної подорожі буде меншою за тривалість багатьох подорожей земними маршрутами.

Але вже при плануванні польотів на планети питання тривалості подорожі стає важливим. Щоб досягти Венери з найменшою витратою пального, потрібно близько 150 діб, а досягнення Марса близько 260 діб. Зрозуміло, коли будуть використані ефективніші засоби тяги, ніж ті, що застосовуються в космічних ракетах наших дотримуватися маршруту з найменшою витратою енергії відпаде, час подорожі на планети можна буде значно скоротити. В принципі, жителеві Землі буде можливо значну частину своєї місячної відпустки проводити на одній із сусідніх планет.

Зовсім інакше виглядає проблема польотів до інших зірок та інших галактик. Тут відстані настільки величезні, що фактор часу набуває вирішального значення.

Швидкість космічної ракети різних ділянках шляху обмежується граничним прискоренням, яке здатні тривалий час переносити пасажири. Крім того, швидкість ракети не може досягти швидкості світла.

Якщо ракета рухатиметься з постійним прискоренням 10 м/с 2 , пасажири почуватимуться чудово. Стану невагомості не буде, люди стоятимуть на дні кабіни ракети так само, як вони це робили в різних приміщеннях при звичайному житті на Землі, і будуть відчувати ті самі фізичні відчуття, у тому числі і відчуття тієї ж ваги окремих частин свого тіла та ваги інших предметів. Це тим, що прискорення сили тяжкості Землі також дорівнює 10 м/с 2 (точніше, 9,81 м/с 2).

Але для зменшення тривалості польоту потрібна можлива більша швидкість і, отже, можливе більше прискорення. Очевидно, здорові люди можуть тривалий час задовільно переносити постійне прискорення в 20 м/с 2 . При такому прискоренні ракети вага пасажира, виміряна в кабіні за допомогою пружинних ваг, була б удвічі більшою за те, яку він мав на Землі. Інакше кажучи, пасажир почував би себе так само, як і на поверхні такої планети, на якій прискорення сили тяжіння і, отже, сила тяжіння, вдвічі більше, ніж на Землі. Додаткове навантаження до звичайної ваги буде рівномірно розподілятися по всьому організму людини, її буде значно легше переносити, ніж вантаж, рівний вазі людини, звалений на його плечі. Отже, виходитимемо з можливого постійного прискорення 20 м/с 2 .

При такому прискоренні на великих відстанях швидкість може досягти великих величин. А при великих швидкостях класичні закони механіки, закони Ньютона стають невірними. Необхідно використовувати закони, що даються теорією відносності Ейнштейна, які є вірними для будь-яких швидкостей, і малих і великих.

Для виконання розрахунків нам зручніше прийняти, що весь час руху постійним залишається відношення сили тяги ракети до її маси і це відношення одно

Якби при космічних польотах до зірок і галактик діяла класична механіка, то весь час руху прискорення було б постійним і було б справедливо рівність

Однак класична механіка неправильна, теорія відносності дає таку форму для миттєвого прискорення:

де - швидкість космічної ракети в даний момент, а з -швидкість світла. При дуже малих значеннях швидкості υ у порівнянні зі швидкістю світла формули (60) і (61) практично дають те саме, але коли υ/с не дуже мало, формула (60) вже невірна.

Якби рух відбувався за законами класичної механіки, прискорення було постійним і рівним b. Тоді швидкість і пройдений шлях S через час t після початку руху визначалися б відомими зі шкільного курсу фізики формулами

Але, як бачимо, згідно з формулою (58) зі зростанням швидкості прискорення зменшуватиметься. Внаслідок цього формули для швидкості і пройденого шляху в момент t, що даються релятивістською механікою, тобто механікою, заснованої на теорії відносності, інші мають такий вигляд:

У класичній механіці передбачалося, що швидкість тіла може ставати як завгодно великою. Це випливає і з формули (62), в якій у міру збільшення часу tможе необмежено зростати швидкість υ. Однією з найважливіших основ релятивістської механіки є закон неможливості у природі швидкості, більшої швидкості світла. Якщо у формулі (64) необмежено збільшувати час t, то швидкість υ зростатиме необмежено: вона буде наближатися до швидкості світла, але ніколи не перевершить її.

Найбільш вражаючим висновком теорії відносності є твердження, що перебіг часу у двох системах, що рухаються одна щодо іншої, різний. Саме, якщо в початковий момент, коли космічна ракета лежала на поверхні Землі, хід часу для її пасажирів і хід часу для жителів Землі був однаковий, то після того, як ракета рухатиметься, хід часу в ній сповільниться. Малому проміжку часу t 2 - t 1 на Землі відповідатиме малий проміжок часу в ракеті τ 2 - τ 1 рівний

Формула (63) веде до дивовижних висновків. Якщо космонавти, покинувши Землю, будуть здійснювати польоти на великих швидкостях, а потім повернуться на Землю, то виявиться, що від розлуки і до зустрічі часу вони пройшли значно менше, ніж у жителів Землі. Один із близнюків, що подорожував у космосі, після повернення виявиться молодшим за близнюка, що залишався на Землі. Більше того, батько, який залишив на Землі малолітнього сина і здійснив космічну подорож на великих швидкостях, може після повернення на Землю, залишаючись сам ще порівняно молодим, застати сина старим старим.

У 1895 р. Р. Уеллс написав роман «Машина часу». З усіх фантастичних романів письменника цей роман видавався найфантастичнішим. Однак, як ми бачимо, подорож у часі все-таки виявляється можливою. Машиною часу має бути космічна ракета, що розвиває великі швидкості просторі. Але подорожувати у часі можна лише у напрямі майбутнього. Мандрівник у часі Уеллса міг досягти країни майбутнього, де жили «елої» та «морлоки», але він не зміг би після цього повернутися назад, як і не зміг би відвідати країну минулого.

Якщо рух відбувається з постійним, як ми прийняли ставленням b сили тяги ракети до її маси, то із співвідношення (66) можна отримати зв'язок між часом t, що пройшов на Землі, і часом τ, що пройшов у космонавтів,

де Агsh є особлива функція, протилежна так званому гіперболічному синусу. Таблиці цієї функції наводяться у багатьох математичних довідниках. Яким би не було t за формулою (67) τ виходить завжди менше t причому чим більше t тим суттєвіша різниця між τ і t. Цей ефект іноді називають релятивістським розширенням часу.

Відмінність ходу часу в системах, що рухаються одна щодо іншої, не тільки передбачено теорією відносності, а й підтверджено в наші дні експериментами. Наприклад, доведено, що у мюонів (так називаються елементарні частинки, що швидко розпадаються, з масою, що дорівнює 207 масам електрона, і одиничним позитивним або негативним зарядом), що рухаються повільно, середній час, що протікає до розпаду, дорівнює 2,22 10-6 с, а у мюонів космічних променів, що рухаються з дуже великою швидкістю, час розпаду більше,
точної відповідності до формули (67).

У таблиці для різних відстаней обчислено час, необхідний для проходження їх ракетою, у якої відношення сили тяги до маси постійно і дорівнює 20 м/с 2 . У другому стовпці наведено час, який би давала класична механіка за формулою (63). Насправді рух ракети не відбуватиметься за законами класичної механіки, оскільки швидкості, що досягаються, дуже великі. За формулою (62) вони до того ж виходять набагато більше швидкості світла, і ми наводимо цей стовпець тільки для того, щоб показати, наскільки помилкові результати, класичної механіки в подібних випадках. У третьому стовпці обчислено час, що пройде Землі досі досягнення ракетою зазначеної відстані. При b = 20 м/с 2 ракета вже на відстані 1/2 пс розвине швидкість, дуже близьку до швидкості світла, і тому на відстанях в багато парсек час, необхідний для польоту ракети, практично дорівнює часу потрібному для проходження світла, отже, починаючи з п'ятого рядка дані у третьому стовпці чисельно дорівнюють кількості світлових років у зазначеній відстані.

Але інший проміжок часу проходитиме у пасажирів ракети. Особливо разюча відмінність для великих відстаней. Так як на великих відстанях ракета встигне розвинути швидкість дуже близьку до швидкості світла, релятивістське розширення часу буде особливо велике.

Користуючись даними таблиці, уявимо подорож до найближчої нашого Сонця зірки - а Центавра. Насправді це потрійна зірка. Головний компонент – зірка спектрального класу G4 з абсолютною величиною + 4 m,7 – двійник нашого Сонця: майже ті ж спектр, колір, світність, маса. Другий компонент має спектральний клас К1 (помаранчева зірка), а абсолютну зоряну величину 6 m 1, світність її вдвічі менше, ніж у Сонця. Третій компонент зветься Проксима, тобто «найближча» Центавра. Він трохи ближче до нас, ніж два інших компоненти цієї потрійної системи, і зі спостережуваних поки зірок є найближчим сусідом Сонця. Світність його дуже мала: в 10000 разів менше, ніж у Сонця (М = 15 m,7). Спектральний клас – М, значить, це червона зірочка, червоний карлик.

Ця потрійна система, що складається з жовтої, помаранчевої та червоної зірок, знаходиться на відстані 1,32 пс. Під час подорожі до неї потрібно спочатку півдороги, тобто 0,66 пс, рухатися з прискоренням. На цю відстань ракета витратить, як можна підрахувати за допомогою формули (65), 2,58 земних років, а за допомогою формули (67) ми дізнаємося, що ракета протікає 1,13 року. Потім потрібно буде, використовуючи ту ж силу тяги ракети, рухатись із уповільненням. Тоді на момент досягнення потрійної зірки а Центавра ракета зупиниться.

Характер руху другої половині шляху до а Центавра буде хіба що симетричним відбитком руху з його першій половині. У будь-яких двох точках, що однаково віддалені від середини шляху, швидкість виявиться однаковою. Тому і час, витрачений на другу половину шляху, буде як на Землі, так і в ракеті, той самий, що і для першої половини шляху.

Після цього ракета рушить назад до Землі, знову прискорюючи рух, а потім, після проходження половини шляху, сповільнюючи його. На момент повернення на Землю у пасажирів у ракеті пройде 1,13 · 4 ≈ 4,5 роки. Але вони переконаються в тому, що на Землі до моменту їх прибуття пройшло вже 2,58 · 4 ≈ 10 років.

Для відвідування зірки, що знаходиться на відстані 20 пс, наприклад а Трикутника, і повернення назад, ракеті потрібна пройти з поперемінним прискоренням і уповільненням руху чотири відрізки, довжиною 10 пс кожен. Згідно з таблицею вище, до моменту повернення у пасажирів ракети пройде 2,33 · 4 ≈ 9 років. Але приземляючись, пасажири ракети не впізнають країни, яку залишили: такі великі будуть зміни. Вони не застануть нікого з людей, кого знали – на Землі до моменту прибуття пройде 32,9 · 4 - 130 років і встигнуть змінитися кілька поколінь.

Політ до туманності Андромеди, NGC 224, що знаходиться на відстані 460 кпс, і повернення протікатимуть зовсім не так, як це описано в цікавій книзі І. А. Єфремова «Туманність Андромеди». Подорож займе у космонавтів близько 30 років, а повернуться вони практично в інший світ - на Землю, на якій від початку польоту пройшло близько 30 млн. років.

Величезна економія часу, що протікає в ракеті, в порівнянні з часом, що протікає на Землі, досягається завдяки тому, що переважна частина

відстані ракета рухається зі швидкістю, дуже близькою до швидкості світла. У такому разі, як показує формула (66), проміжок часу 2 - 1 може бути дуже малий у порівнянні з проміжком часу 2 - t 1 .

Взагалі таблиця показує, що якщо забезпечити протягом усього часу постійне відношення сили тяги ракети до її маси, що дорівнює 20 м/с 2 , то людині доступне відвідування будь-яких областей Всесвіту, що ми оглядаємо. Навіть для досягнення віддалених скупчень галактик, розташованих на відстані 1000 Мпс, знадобиться лише 11 років «ракетного» часу. Зрозуміло, питання повернення на Землю для таких космічних мандрівників виявиться позбавленим сенсу. Хіба лише буде цікаво дізнатися, що сталося із Землею та Сонячною системою. Розумніше шукатиме придатний для проживання світ на нових місцях.

Усі попередні розрахунки виконувались у припущенні, що можна забезпечити протягом усього, що розглядається часу, постійне відношення сили тяги ракети до її маси, що дорівнює 20 м/с 2 . Подивимося тепер, чи можна цього практично досягти? Що покаже енергетичний розрахунок? Легко переконатися, що двигуни космічних ракет, що застосовуються в наш час, спалюють хімічне паливо, абсолютно непридатні для подорожей до зірок і галактик.

Найважливішу роль відіграє швидкість ω, з якою гази, що утворюються при згорянні, вилітають із сопла ракети. Чим більша ця швидкість, тим більше прискорення у протилежному напрямку матиме ракета. Швидкість вильоту газів тим більша, чим вище, температура згоряння. Температура ж обмежується здатністю матеріалу, з якого виготовлено сопло ракети, протистояти високій температурі, не плавитися. Очевидно, межею у цьому відношенні є 4000 К. При такій температурі згоряння від деяких видів палив можна отримати швидкість вильоту близько 4 км/с.

В астронавтиці відома формула

зв'язуюча m 0 - масу ракети з паливом, m - масу ракети після згоряння палива, ω - швидкість вильоту газів із сопла і - швидкість, яку придбає ракета після того як згорить паливо. Формула ця вірна тільки в рамках класичної механіки, коли і швидкість газів, що вилітають, і швидкість, що досягається ракетою, дуже малі в порівнянні зі швидкістю світла. Обидві ці умови у цьому розрахунку дотримуються.

Ми бачимо, що величина швидкості, що досягається, тим більше, чим більше відношення маси ракети з паливом до її маси без палива. Але наскільки велике може бути це ставлення? Припустимо малоймовірне, що вдалося побудувати таку ракету, в якій 0,999999 маси складає пальне, так що вага після витрати пального становитиме лише одну мільйонну масу ракети на старті. Тоді права частина рівності (68) дорівнюватиме 13,8 і, отже, якщо швидкість вильоту газів дорівнює 4 км/с, ракета зможе досягти швидкості 55,2 км/с. Поки не досягнуто дуже великих швидкостей і можна користуватися класичною, механікою, постійне відношення сили тяги до маси ракети 20 м/с 2 дорівнює прискоренню ракети. Швидкість 55,2 км/с буде досягнуто через 2760 с, коли пройдений шлях дорівнюватиме 76 000 км. Після цієї відстані паливо буде вичерпано, пристрій ракети перестане діяти.

Таким чином, вживаний в даний час у космонавтиці спосіб повідомлення ракеті тяги за допомогою згоряння хімічного палива не може бути застосований для польоту до зірок та галактик. Він придатний лише у межах Сонячної системи.

Формула (68) показує, що основне завдання полягає у знаходженні такого методу створення реактивної тяги, при якому частинки, що вилітають, мали б набагато більшу швидкість, ніж у сучасних ракет. Потрібно, щоб ця швидкість була порівнянна зі швидкістю світла або навіть дорівнює їй. Ідею такої ракети запропоновано давно. Роль частинок, що вилітають з ракети в певному напрямку, повинні грати частки світла - фотони, а ракета рухатиметься в протилежному напрямку. Джерелом випромінювання можуть бути ядерні реакції та інші процеси, у яких відбувається виділення електромагнітної енергії. Труднощі пов'язані з необхідністю отримати потужний потік фотонів при порівняно невеликій вазі пристрою, щоб величина b, що вживалася в наших розрахунках, була достатньою. Крім того, потрібно захистити пристрій від руйнівної дії високих температур. Поки що таке джерело енергії не створено. Але його, мабуть, буде створено.

Щоб здійснити політ до найближчого сусіда, потрійної зірки Центавра, і повернутися назад, можна запропонувати наступний план. Фотонна ракета рухається з прискоренням b = 20 м/с 2 поки її маса не стане рівною половині початкової. При цьому згідно з формулами (69) і (70) буде пройдено відстань 0,073 пс і розвинена швидкість 180000 км/с. Після цього двигун вимикається і ракета рухається за інерцією. Коли у вільному русі буде пройдено близько 1,17 пс і до мети залишиться 0,073 пс, двигун знову вмикається, але вже на гальмування. Ракета зупиниться біля Центавра, витративши ще половину тієї маси, яка в неї була при початку гальмування. У тій же послідовності має бути здійснений зворотний шлях. Двигун включатиметься лише чотири рази, щоразу витрачаючи половину наявної маси, так що відношення m 0 /m до моменту прибуття на Землю має становити 16. Розрахунок показує, що від моменту вильоту до моменту повернення в ракеті протікає близько 9,5 років, а Землі 16,5 років.

Можна, звичайно, здійснювати подібні польоти до більш далеких зірок, збільшуючи ділянку колії з вимкненим двигуном. Але тоді зі збільшенням відстані істотно збільшуватиметься час, що протікає в ракеті.

При польотах на відстані понад 5 пс надзвичайно важливо розвивати, наскільки це можливо, високі швидкості, близькі до швидкості світла; тоді не тільки зменшується необхідний для здійснення польоту час, що протікає на Землі, але, що особливо важливо, дуже сильно зменшується час, що протікає в ракеті. А щоб розвинути, наскільки можливо, високі швидкості двигун повинен бути постійно включеним.

З формули (69) випливає, що, довівши відношення m 0 /m до 200, можна з постійно увімкненим, поставленим тільки на прискорення двигуном досягти зірки Капели, віддаленої приблизно на 14 пс.

Але якби ми хотіли, не включаючи двигуна, розганяючись півдороги і півдороги сповільнюючи політ, долетіти до Капели, повернути назад і повернутися на Землю, то довелося б витратити стільки енергії, що відношення m 0 /m потрібно довести до 10 8 , Що, звичайно, неможливо навіть для техніки майбутнього.

Так само дуже мало ймовірна можливість простого досягнення (без повернення) людиною інших галактик. При подорожі з постійно увімкненим двигуном, щоб покрити відстань до Магелланових Хмар, потрібно, щоб m 0 /m дорівнювало 6 10 5 .

Міркування та підрахунки, проведені в цій публікації, привели нас до наступних висновків: 1) співвідношення двох факторів - тривалості життя та здатності переносити прискорення, у людини таке, що вона в принципі могла б здійснити подорож до будь-яких, навіть найвіддаленіших із спостережуваних тіл Всесвіту ; 2) технічні, енергетичні обмеження різко звужують можливості людини. Навіть використання в майбутньому фотонної ракети з дуже великим ставленням початкової та кінцевої мас дозволить здійснювати польоти з поверненням лише до кількох найближчих зірок. Відстань кілька десятків парсек можуть бути доступні при відносинах m 0 /m порядку декількох сотень. Однак це можуть бути лише польоти без повернення; 3) досягнення інших галактик ніколи не буде доступним людині.

Чи можуть міжзоряні перельоти перетворитися з нездійсненної мрії на реальну перспективу?

Вчені всього світу кажуть, що людство все далі просувається в освоєнні космосу, з'являються нові відкриття і технології. Проте про міжзоряні перельоти людям доводиться поки що лише мріяти. Але чи така недосяжна і нереальна ця мрія? Чим має людство сьогодні і які перспективи на майбутнє?

За оцінками фахівців, якщо прогрес не зупиниться на місці, то протягом одного чи двох століть людство зможе виконати свою мрію. Надпотужний телескоп "Кеплер" свого часу дозволив астрономам виявити 54 екзопланети, де не виключено розвиток життя, а сьогодні вже підтверджено існування 1028 таких планет. Ці планети, що обертаються навколо зірки за межами Сонячної системи, знаходяться на такому віддаленні від центральної зірки, що на їхній поверхні можлива підтримка води в рідкому стані.

Однак отримати відповідь на головне питання — чи самотність людство у Всесвіті — поки що неможливо через гігантські відстані до найближчих планетних систем. Безліч екзопланет, на відстань ста і менше світлових років від Землі, а також величезний науковий інтерес, який вони викликають, змушують глянути на ідею міжзоряних перельотів зовсім інакше.

Політ до інших планет залежатиме від розробки нових технологій та вибору способу, який необхідний для досягнення такої далекої мети. А поки що вибір ще не зроблено.

Для того, щоб земляни змогли долати неймовірно величезні космічні відстані, причому за порівняно короткий термін інженерам і космологам доведеться створити принципово новий двигун. Говорити про міжгалактичні перельоти поки що рано, але людство могло б дослідити - Чумацький шлях, галактику, в якій знаходиться Земля та Сонячна система.

Галактика Чумацький шлях налічує близько 200 - 400 мільярдів зірок, навколо яких рухаються планети по своїх орбітах. Найближче до Сонця знаходиться зірка під назвою Альфа Центавра. Відстань до неї приблизно сорок трильйонів кілометрів або 4,3 світлових років.

Ракеті зі звичайним двигуном доведеться летіти до неї приблизно 40 тисяч років! Користуючись формулою Ціолковського, легко підрахувати, що для того, щоб розігнати космічний апарат з реактивним двигуном на ракетному паливі до швидкості в 10% від швидкості світла, потрібно більше пального, ніж його є на всій Землі. Тому говорити про космічну місію за сучасних технологій це повний абсурд.

Як вважають науковці, майбутні космічні зорельоти матимуть змогу літати з використанням термоядерного ракетного двигуна. Реакція термоядерного синтезу дозволяє виробляти енергію на одиницю маси в середньому майже в мільйон разів більше, ніж за хімічного процесу згоряння.

Саме тому у 1970 роках група інженерів разом із вченими розробили проект гігантського міжзоряного корабля із термоядерною руховою установкою. Безпілотний космічний корабель Дедал передбачалося обладнати імпульсним термоядерним двигуном. Невеликі гранули мали вкидатися в камеру згоряння і спалахувати пучками потужних електронних променів. Плазма, як продукт термоядерної реакції, що вилітає із сопла двигуна, надає тягове зусилля кораблю.

Передбачалося, що Дедал мав летіти до зірки Барнарда, шлях якої становить шість світлових років. Величезний космічний корабель дістався б її за 50 років. І хоча проект не було здійснено, до сьогодні немає більш реального технічного проекту.

Іншим напрямом у технології створення міжзоряних кораблів є сонячне вітрило. Використання сонячного вітрила розглядається сьогодні як найперспективніший і найреалістичніший варіант зорельота. Перевага сонячного вітрильника в тому, що на борту не потрібне паливо, а це означає, що набагато зросте корисне навантаження порівняно з іншими космічними кораблями. Вже сьогодні існує можливість спорудження міжзоряного зонда, де тиск сонячного вітру буде основним джерелом корабля.

Про серйозність намірів освоєння міжпланетних польотів говорить проект, який розробляється з 2010 року в одній із основних наукових лабораторій НАСА. Вчені працюють над проектом підготовки протягом найближчих ста років пілотованого польоту до інших зіркових систем.