Keď ľudia môžu lietať k iným hviezdam. Medzihviezdne lety. Životný let

12. apríla 2016 oznámili slávny britský fyzik Stephen Hawking a ruský obchodník a filantrop Jurij Milner pridelenie 100 miliónov dolárov na financovanie projektu. Prelomový Starshot. Cieľom projektu bolo vyvinúť technológie na vytvorenie kozmickej lode schopnej uskutočniť medzihviezdny let na Alpha Centauri.

Tisíce sci-fi románov opisujú obrie fotonické hviezdne lode veľkosti malého (alebo veľkého) mesta, ktoré odchádzajú na medzihviezdny let z obežnej dráhy našej planéty (menej často z povrchu Zeme). Ale podľa autorov projektu Prelomový Starshot, všetko sa stane úplne inak: v jeden významný deň niektorého roka dvetisíc, nie jedna alebo dve, ale stovky a tisíce malých hviezdnych lodí s veľkosťou nechtu a s hmotnosťou 1 g vyštartujú k jednej z najbližších hviezd, Alfa Centauri. A každý z nich bude mať najtenšiu slnečnú plachtu s plochou 16 m 2 , ktorá vesmírnu loď unesie stále väčšou rýchlosťou vpred - ku hviezdam.

"Vystreliť ku hviezdam"

Projektový základ Prelomový Starshot sa stal článkom profesora fyziky na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare Philipa Lubina „Plán medzihviezdnych letov“ ( Plán medzihviezdneho letu). Hlavným stanoveným cieľom projektu je umožniť medzihviezdne lety už počas života ďalšej generácie ľudí, teda nie v priebehu storočí, ale desaťročí.

Ihneď po oficiálnom vyhlásení programu Starshot autorov projektu zasiahla vlna kritiky vedcov a technických odborníkov z rôznych oblastí. Kritici experti zaznamenali početné nesprávne hodnotenia a jednoducho „prázdne miesta“ v rámci programu. Niektoré pripomienky boli zohľadnené a letový plán bol v prvej iterácii mierne upravený.

Takže medzihviezdnou sondou bude vesmírna plachetnica s elektronickým modulom StarChip s hmotnosťou 1 g, spojenými pevnými závesmi so solárnou plachtou s plochou 16 m 2, hrúbkou 100 nm a hmotnosťou 1 g. Samozrejme, že svetlo nášho Slnka nestačí na zrýchlenie ani takú ľahkú štruktúru na rýchlosti, pri ktorých medzihviezdne cestovanie nebude trvať tisícročia. Preto je hlavným vrcholom projektu starshot- ide o zrýchlenie pomocou silného laserového žiarenia, ktoré je zamerané na plachtu. Podľa Lyubina s výkonom laserového lúča 50–100 GW bude zrýchlenie asi 30 000 g a za pár minút sonda dosiahne rýchlosť 20 % rýchlosti svetla. Let do Alpha Centauri bude trvať približne 20 rokov.

Otázky bez odpovedí: vlna kritiky

Philip Lubin vo svojom článku uvádza číselné odhady bodov plánu, ale mnohí vedci a špecialisti sú k týmto údajom veľmi kritickí.

Samozrejme, aby sme vypracovali taký ambiciózny projekt, akým je Prelomový Starshot sú potrebné roky práce a 100 miliónov dolárov nie je až taká veľká suma na prácu takéhoto rozsahu. Týka sa to najmä pozemnej infraštruktúry – fázového radu laserových žiaričov. Inštalácia takejto kapacity (50-100 GW) si bude vyžadovať obrovské množstvo energie, to znamená, že v blízkosti bude potrebné postaviť najmenej tucet veľkých elektrární. Okrem toho bude potrebné odobrať obrovské množstvo tepla z žiaričov na niekoľko minút a ako to urobiť, je stále úplne nejasné. Takéto otázky bez odpovedí v projekte Prelomový Starshot obrovské množstvo, no práce sa zatiaľ len začali.

„Vedecká rada nášho projektu zahŕňa popredných odborníkov, vedcov a inžinierov v rôznych relevantných oblastiach vrátane dvoch laureátov Nobelovej ceny,“ hovorí Yuri Milner. - A počul som veľmi vyvážené hodnotenia uskutočniteľnosti tohto projektu. Pri tom sa určite spoliehame na spojenú odbornosť všetkých členov našej vedeckej rady, no zároveň sme otvorení širšej vedeckej diskusii.“

Pod hviezdnymi plachtami

Jedným z kľúčových detailov projektu je solárna plachta. V pôvodnej verzii mala plocha plachty spočiatku len 1 m 2 a kvôli tomu nevydržala zahrievanie pri zrýchlení v poli laserového žiarenia. Nová verzia používa plachtu s plochou 16 m 2 , takže tepelný režim, aj keď je dosť tvrdý, by podľa predbežných odhadov nemal plachtu roztaviť alebo zničiť. Ako píše sám Philip Lubin, ako základ plachty sa plánuje použiť nie metalizované povlaky, ale plne dielektrické viacvrstvové zrkadlá: „Takéto materiály sa vyznačujú miernym koeficientom odrazu a extrémne nízkou absorpciou. Napríklad optické sklá pre vláknovú optiku sú navrhnuté pre vysoké svetelné toky a majú absorpciu rádovo dvadsať biliónov na 1 mikrón hrúbky. Dosiahnutie dobrého koeficientu odrazu z dielektrika s hrúbkou plachty 100 nm, čo je oveľa menej ako vlnová dĺžka, nie je jednoduché. Autori projektu však vkladajú určité nádeje do použitia nových prístupov, ako sú monovrstvy metamateriálu s negatívnym indexom lomu.

solárna plachta

Jedným z hlavných prvkov projektu je solárna plachta s plochou 16 m 2 a hmotnosťou len 1 g. Ako materiál plachty sa považujú viacvrstvové dielektrické zrkadlá, ktoré odrážajú 99,999 % dopadajúceho svetla (podľa predbežných pri výpočtoch by to malo stačiť na to, aby sa zabránilo roztaveniu plachty v radiačnom poli 100-GW lasera). Sľubnejším prístupom, ktorý umožňuje zmenšiť hrúbku plachty ako je vlnová dĺžka odrazeného svetla, je použiť ako základ plachty monovrstvu metamateriálu s negatívnym indexom lomu (takýto materiál má aj nanoperforácie, čo ešte viac znižuje jej hmotnosť). Druhou možnosťou je použiť materiál s nízkym koeficientom absorpcie (10 −9) namiesto vysokej odrazivosti, ako sú optické materiály pre svetlovody.

"Okrem toho musíte vziať do úvahy, že odraz od dielektrických zrkadiel je naladený na úzky rozsah vlnových dĺžok a keď sa sonda zrýchľuje, Dopplerov efekt posúva vlnovú dĺžku o viac ako 20%," hovorí Lubin. - Počítali sme s tým, takže reflektor bude nastavený približne na dvadsať percent šírky vyžarovacieho pásma. Navrhli sme takéto reflektory. V prípade potreby sú k dispozícii aj reflektory s väčšou šírkou pásma.

Laserový stroj

Hlavný pohonný systém hviezdnej lode nebude lietať ku hviezdam – bude sa nachádzať na Zemi. Ide o pozemné fázované pole laserových žiaričov s veľkosťou 1×1 km. Celkový výkon laserov by mal byť od 50 do 100 GW (to zodpovedá výkonu 10 až 20 VE v Krasnojarsku). Má sústreďovať žiarenie s vlnovou dĺžkou 1,06 μm z celého poľa do miesta s priemerom niekoľkých metrov na vzdialenosti až mnohých miliónov kilometrov pomocou fázovania (teda zmeny fáz na každom jednotlivom žiariči) (maximálna presnosť zaostrenia je 10 −9 radiánov). Ale takémuto zaostrovaniu značne bráni turbulentná atmosféra, ktorá rozmazáva lúč do bodu s veľkosťou približne jednej oblúkovej sekundy (10 -5 radiánov). Očakáva sa, že zlepšenie o štyri rády sa dosiahne pomocou adaptívnej optiky (AO), ktorá bude kompenzovať atmosférické skreslenia. Najlepšie systémy adaptívnej optiky v dnešných teleskopoch redukujú rozmazanie na 30 milisekúnd oblúka, takže na dosiahnutie zamýšľaného cieľa zostáva asi o dva a pol rádu viac. "Aby sme porazili malé atmosférické turbulencie, fázované pole musí byť rozdelené na veľmi malé prvky, veľkosť vyžarujúceho prvku pre našu vlnovú dĺžku by nemala byť väčšia ako 20 - 25 cm," vysvetľuje Philip Lubin. - Toto je najmenej 20 miliónov emitorov, ale toto číslo ma nevydesí. Pre spätnú väzbu v systéme AO plánujeme využiť mnohé referenčné zdroje – bóje – ako na sonde, tak aj na materskej lodi a v atmosfére. Okrem toho budeme sondu sledovať na ceste k cieľu. Chceme tiež použiť hviezdy ako maják na úpravu fázovania poľa pri príjme signálu zo sondy po príchode, ale pre istotu budeme sondu sledovať.“

Príchod

Potom však sonda dorazila do systému Alpha Centauri, odfotografovala okolie systému a planétu (ak existuje). Tieto informácie sa musia nejakým spôsobom preniesť na Zem a výkon laserového vysielača sondy je obmedzený na niekoľko wattov. A o päť rokov musí byť na Zemi prijatý tento slabý signál, ktorý oddelí hviezdy od žiarenia pozadia. Podľa koncepcie autorov projektu sonda manévruje pri cieli tak, že sa plachta zmení na Fresnelovu šošovku, ktorá zaostrí signál sondy v smere k Zemi. Podľa odhadov ideálny objektív s ideálnym ohniskom a ideálnou orientáciou zosilňuje signál s výkonom 1 W až 10 13 W v izotropnom ekvivalente. Ako však možno tento signál považovať na pozadí oveľa silnejšieho (o 13 – 14 rádov!) hviezdneho žiarenia? „Svetlo z hviezdy je v skutočnosti dosť slabé, pretože šírka čiary nášho lasera je veľmi malá. Úzka čiara je kľúčovým faktorom pri znižovaní pozadia, hovorí Lubin. - Myšlienka vytvoriť Fresnelovu šošovku z plachty na základe tenkovrstvového difrakčného prvku je pomerne komplikovaná a vyžaduje si veľa predbežnej práce, aby ste presne pochopili, ako to najlepšie urobiť. Táto položka je vlastne jednou z hlavných v našom pláne projektu.“

Medzihviezdny let nie je záležitosťou storočí, ale desaťročí

Jurij Milner ,
ruský obchodník a filantrop,
zakladateľ nadácie Breakthrough Initiatives:

Za posledných 15 rokov došlo k významnému, možno povedať až revolučnému pokroku v troch technologických oblastiach: miniaturizácia elektronických komponentov, vytvorenie novej generácie materiálov a zníženie nákladov a zvýšenie výkonu lasera. Kombinácia týchto troch tendencií vedie k teoretickej možnosti zrýchlenia nanosatelitu na takmer relativistické rýchlosti. V prvej fáze (5–10 rokov) plánujeme uskutočniť hlbšiu vedeckú a inžiniersku štúdiu, aby sme pochopili, do akej miery je tento projekt realizovateľný. Na stránke projektu je zoznam asi 20 vážnych technických problémov, bez ktorých sa nepohneme ďalej. Toto nie je definitívny zoznam, ale na základe stanoviska vedeckej rady sa domnievame, že prvá etapa projektu má dostatočnú motiváciu. Viem, že projekt hviezdnej plachty je predmetom vážnej kritiky zo strany odborníkov, ale myslím si, že postoj niektorých kritických odborníkov súvisí s nie celkom presným pochopením toho, čo skutočne navrhujeme. Nefinancujeme let k inej hviezde, ale celkom realistický viacúčelový vývoj súvisiaci s myšlienkou medzihviezdnej sondy iba všeobecným smerom. Tieto technológie nájdu uplatnenie ako pri letoch v slnečnej sústave, tak aj pri ochrane pred nebezpečnými asteroidmi. Stanovenie takého ambiciózneho strategického cieľa, akým je medzihviezdny let, sa však zdá opodstatnené v tom zmysle, že vývoj technológie za posledných 10 – 20 rokov pravdepodobne robí z realizácie takéhoto projektu záležitosť nie storočí, ako mnohí predpokladali, ale skôr desaťročí.

Na druhej strane, fázové pole optických žiaričov / prijímačov žiarenia s celkovou apertúrou jeden kilometer je prístroj schopný vidieť exoplanéty zo vzdialenosti desiatok parsekov. Pomocou prijímačov s laditeľnou vlnovou dĺžkou je možné určiť zloženie atmosféry exoplanét. Sú sondy v tomto prípade naozaj potrebné? „Samozrejme, použitie fázového poľa ako veľmi veľkého teleskopu otvára nové možnosti v astronómii. Ale, dodáva Lubin, plánujeme pridať k sonde infračervený spektrometer ako dlhodobejší program okrem kamery a ďalších senzorov. V UC Santa Barbara máme skvelú fotoniku, ktorá je súčasťou spolupráce."

Ale v každom prípade, podľa Lubina sa prvé lety uskutočnia v rámci slnečnej sústavy: „Keďže môžeme poslať obrovské množstvo sond, dáva nám to veľa rôznych príležitostí. Môžeme poslať aj podobné malé ( oblátková stupnica, teda na čipe) sonduje na konvenčných raketách a používa rovnakú technológiu na štúdium Zeme alebo planét a ich satelitov v slnečnej sústave.

Za pomoc pri príprave článku redakcia ďakuje novinám Troitsky Variant - Science a ich šéfredaktorovi Borisovi Sternovi.

Feoktistov K. Let ku hviezdam // Kvant. - 1990. - č. 9. - S. 50-57.

Po osobitnej dohode s redakčnou radou a redakciou časopisu "Quantum"

Takmer od samého začiatku vesmírnych prác bolo jasné, že priestor slnečnej sústavy, jej planéty sú v dosahu kozmických lodí a lodí, ktoré dokážeme vytvoriť, a preto ľudia môžu, ak nie pristáť, tak aspoň získať na akúkoľvek planétu. No zároveň sa v mysli začalo vyjasňovať, že tu, „doma“, s najväčšou pravdepodobnosťou nenájdeme nič neobvyklé. Je nepravdepodobné, že na základe údajov získaných z cestovania naším systémom urobíme výrazný pokrok v chápaní sveta, v ktorom žijeme.

Prirodzene, vznikla myšlienka lietať ku hviezdam. Áno, už predtým sa naznačovalo, že lety okolo Zeme, lety na iné planéty slnečnej sústavy nie sú konečným cieľom. Vydláždiť cestu ku hviezdam – to sa zdalo byť hlavnou úlohou vesmírnej technológie. Zdalo sa to zrejmé.

Bolo teda potrebné začať uvažovať o hviezdnych lodiach.

Aká by mala byť táto loď? Ako ho postaviť? Aké problémy treba vyriešiť, aby boli hviezdne lety možné? Úvahy, najjednoduchšie odhadovacie výpočty ukázali, že tu vznikajú zásadné ťažkosti.

Prvým je čas. Aj keď postavíte hviezdnu loď, ktorá dokáže letieť rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla (povedzme rýchlosťou asi 0,7 s), čas cesty sa bude počítať na tisícročia a desiatky tisícročí, keďže priemer Galaxie je asi 100 000 svetelných rokov (za rok svetla „prejde“ vzdialenosť 365,25 86400 3 10 8 ≈ 10 16 m, t. j. desaťtisíc miliárd kilometrov).

Čo zostane aj zo zamrznutých astronautov na konci cesty? Alebo z ich plodov? A máme právo rozhodovať o osude nenarodených ľudí? (To je sotva lepšie, ako bez trápenia sa pochybnosťami prospievať potomstvu životom za socializmu, bez toho, aby sme si predstavovali, čo to je, aké to bude, či sa pod ním bude dať žiť, a určiť im pre všetkých čas nejakú vodiacu a usmerňovaciu silu.) A ak sa tieto problémy vyriešia, tak sa po výlete vrátia do úplne iného sveta. Pozrite sa na zmeny za posledných 200 rokov a je jasné, že astronaut, ktorý sa vrátil z dlhej cesty, sa ocitne v úplne cudzom svete: cesta ku hviezdam bude vždy „jednosmerná“. Pre ostatných, príbuzných, priateľov to bude niečo ako samovražda.

Druhou ťažkosťou je nebezpečné prúdenie plynu a prachu. Priestor medzi hviezdami nie je prázdny. Všade sú zvyšky plynu, prachu, prúdenia častíc. Keď sa hviezdna loď pohybuje rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, vytvoria prúd vysokej energie, ktorý ovplyvní loď.

Sila toku energie z častíc, s ktorými sa teleso pohybujúce sa rýchlosťou zrazí υ (bez ohľadu na relativistické efekty) možno odhadnúť zo vzorca

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

Tu n- koncentrácia častíc v medzihviezdnom priestore ([ n]= 1/m 3), nυ- počet častíc dopadajúcich na 1 m 2 povrchu tela za 1 s (1 / (m 2 s)), m 1 - hmotnosť častice (kg), \(~\dfrac(m_1 \upsilon^2)(2)\) - energia každej častice (J) vzhľadom na loď.

Galaktický plyn je väčšinou vodík. Hmotnosť atómu vodíka je ~ 1,7 10 -27 kg. Priemerná koncentrácia častíc v Galaxii je ~ 0,5·10 6 m -3 , v ramenách Galaxie ~ 10 6 m -3 , vo vodíkových oblakoch ~ 2·10 7 m -3 . Hmotnosť prachu v medzihviezdnom priestore je asi 100-krát menšia ako hmotnosť plynu.

Tento prietok možno odhadnúť pomocou nasledujúcich hodnôt: prietok častíc a plynu výkon 10 4 - 10 5 W / m 2, prietok prachu 10 2 - 10 3 W / m 2, prietok častíc je 3 10 14 častíc / (s m 2) s energiu každej častice rádovo 500 MeV. Vplyv týchto prúdov povedie k vypareniu akejkoľvek ochrannej clony a k neprijateľne vysokým dávkovým príkonom žiarenia na dlhý let.

Treťou ťažkosťou je energia. Ak sa v pohonnej jednotke lode použije najúčinnejšia termonukleárna reakcia, potom pri spiatočnej ceste rýchlosťou rádovo rýchlosti svetla aj pri ideálnej konštrukcii lode vychádza pomer jej počiatočnej a konečnej hmotnosti ako viac ako 10 30 , čo sa zdá byť nerealizovateľné.

Odhad minimálneho požadovaného pomeru hmotností (počiatočných a konečných) hviezdnej lode s termonukleárnym pohonom letiacej rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla (ale umožňujúcej ignorovať relativistické korekcie v prvej aproximácii) možno vykonať ako nasleduje.

Najúčinnejšia termonukleárna reakcia je

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

navyše 14,1 MeV z týchto 17,6 je odnášaných neutrónmi. Na urýchlenie hélia v pohone bude teda možné využiť energiu E~ 3,5 MeV na atóm hélia. Maximálnu výstupnú rýchlosť hélia v ideálnej pohonnej jednotke možno vypočítať zo vzťahu \(~E_1 = \dfrac(m_1 \upsilon^2_i)(2)\) :

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

Nahradenie hmotnosti atómu hélia m 1 ≈ 4 1,67 10 8 kg a E 1 ≈ 3,5 10 6 eV ≈ 3,5 10 6 1,6 10 -19 J ≈ 5,6 10 -13 J, dostaneme υ i ≈ 1,3 10 7 m/s.

Pomer počiatočných a konečných hmotností hviezdnej lode (bez zohľadnenia relativistických korekcií) je určený Tsiolkovského vzorcom:

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

Kde υ k je maximálna rýchlosť lode. Po prijatí υ k ~ 0,7 s, dostaneme:

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

Ak uvažujeme o fotónovom pohonnom zariadení využívajúcom anihiláciu hmoty, tak sú tu zatiaľ len problémy (ukladanie gigantických zásob antihmoty, ochrana zrkadla fotónového reflektora pred uvoľnenou energiou a pred zvyškami nezreagovanej antihmoty, časy zrýchlenia, rozmery, atď.) a nie sú viditeľné žiadne riešenia.

Náročný čitateľ môže povedať: ale tieto odhady boli urobené bez relativistických opráv. A čo sa týka fotónového pohonu - počkáme, prídeme na to a nejako to spravíme.

Pokúsme sa ukázať, že ak vezmeme do úvahy relativistické korekcie, obraz nie je o nič lepší. Predstavte si galaktickú fotónovú loď schopnú letieť rýchlosťou dostatočne blízkou rýchlosti svetla. Správny čas letu astronauta tam a späť na vzdialenosť približne polovice priemeru Galaxie s optimálnym letovým plánom (nepretržité zrýchľovanie a potom plynulé spomaľovanie) bude 42 rokov. Zároveň na Zemi uplynie 100 000 rokov (pozri obrázok).

Graf vesmírneho letu z pohľadu astronauta (a) a pozemského pozorovateľa (b).
a) Vlastný čas letu astronauta τ e možno vypočítať pomocou vzorca
\(~\tau_e = \dfrac(4c)(a) \cdot \operatorname(oblúk) \left(1 + a \cdot \dfrac(S)(2c^2) \right).\)
(V tomto prípade je oblúk jednou z inverzných tzv. hyperbolických funkcií - hyperbolický inverzný kosínus\[~\meno operátora(oblúk) x = \ln (x \pm \sqrt(x^2 - 1))\].) Nahradenie rýchlosť svetla c= 3 10 8 m/s, zrýchlenie a= 9,8 m/s 2 (obvyklá záťaž pre kozmonauta-pozemského), dolet S≈ 4,7 10 20 m, dostaneme τ e ≈ 42 rokov. Rýchlosť v lodnom systéme je \(~\upsilon_e \približne \int_(\tau_e) adt\).
b) Na Zemi plynie čas \(~\tau_z = \dfrac(\tau_e \cdot \operatorname(sh) \operatorname(oblúk) \left(1 + a \cdot \dfrac(aS)(2c^2) \ right ))(\meno operátora (oblúk) \vľavo(1 + a \cdot \dfrac(aS)(2c^2) \vpravo))\) ≈ 100 000 rokov
(\(~\operatorname(sh) x = \dfrac(e^x - e^(-x))(2)\) je tzv. hyperbolický sínus).

Predpokladajme, že sa nám podarilo získať ideálny proces vo fotónovom pohonnom zariadení, urobiť ideálny návrh s nulovou hmotnosťou nádrží, obrazoviek, odrazových zrkadiel, čerpadiel a iných prvkov a pokúsime sa odhadnúť niektoré parametre takejto ideálnej lode. Pomer počiatočnej hmotnosti lode ku konečnej bude ~ 7·10 18 . To znamená, že pri hmotnosti obytných a obslužných priestorov a zariadení (teda toho, čo loď preváža) len 100 ton, bude štartovacia hmotnosť ~ 7·10 20 ton – viac ako hmotnosť Mesiaca! A polovica tejto hmoty je antihmota.

Na zabezpečenie zrýchlenia 9,8 m/s 2 musí pohon vyvinúť ťah R~ 10 24 N. Na získanie takéhoto ťahu je potrebné umiestniť do ohniska zrkadla zdroj žiarenia s výkonom asi 10 33 W (tento odhad sme získali pomocou vzorca \(~W = \dfrac(Pc) )(2)\)). Pripomeňme, že sila žiarenia nášho Slnka je menšia ako 4 10 26 W, t.j. milióny Sĺnk musia byť zapálené v ohnisku fotónového pohonu lode (a toto „horenie“ musí byť zachované)! Existuje teoretický návrh nosiť so sebou iba antihmotu. Potom sa tieto čísla zmenšia, ale stále zostávajú úplne fantastické - v ohnisku zrkadla fotónovej vrtule sa ukazuje, že je potrebné osvetliť stovky, tisíce Sĺnk.

Z nášho súčasného chápania sveta má človek dojem, že je nemožné vyriešiť problém prepravy hmotných telies na galaktické vzdialenosti rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla. Zdá sa nezmyselné „preraziť“ priestor a čas pomocou mechanického konštruktu. Je potrebné nájsť spôsob medzihviezdneho cestovania, ktorý nie je spojený s potrebou prepravy hmotného tela. A tu sa dostávame k myšlienke, ktorá je už dávno overená v literatúre sci-fi – o cestách inteligentných bytostí vo forme balíka informácií.

Elektromagnetické vlny sa šíria takmer bez straty celým pozorovateľným vesmírom. Možno je to kľúč k medzihviezdnemu letu.

Ak neupadneme do mystiky, tak musíme priznať, že osobnosť moderného organického človeka nemožno oddeliť od tela. Ale možno si predstaviť špeciálne skonštruovanú ľudskú bytosť, ktorej osobnosť a telo sú oddeliteľné. Rovnako ako softvér možno oddeliť od dizajnu moderných počítačov.

Osobnosť je individuálny komplex vlastností daného človeka v jeho vnímaní vonkajšieho sveta, v jeho reakciách na prijímané informácie, v predstavách, záľubách a nesympatiách, v poznaní atď.

Osobnosť existuje v oblastiach operácií a v úložných zariadeniach. Tieto polia a zariadenia sú naším mozgom, materiálnym nosičom, na ktorom žije a pôsobí ľudský intelekt, na ktorom sú zaznamenané (a neustále sa dopĺňajú, zdokonaľujú, zastarávajú a zhoršujú) algoritmy na vnímanie a analýzu informácií, syntetizujúce obraz vonkajšieho prostredia. svet, algoritmy hodnotenia a závislostí, priebežné výsledky „výpočtov“, závery. Toto je pole, na ktorom sa nachádza naše JA. Žije ako ja, keď človek rozmýšľa, rozhoduje sa, prežíva estetické potešenie alebo znechutenie, teda keď na tomto poli operácií prebiehajú operácie intelektu. Tieto operácie sú životom osobnosti, alebo ak chcete, životom duše.

Ak je možné prepísať balík informácií, ktorý je úplným obsahom osoby z oblastí operácií a pamäťových zariadení, potom je možné tento balík informácií preniesť aj rádiovým spojením do cieľovej prijímacej stanice a tam sa prepísať do štandardný hmotný nosič (buď vybraný podľa cenníka, alebo ... ), v ktorom môže bývať, konať a uspokojovať svoju zvedavosť. Počas prenosu svojho balíka informácií človek nežije. Na to, aby mohla žiť, je potrebný hmotný nosič.

Takýto spôsob riešenia problému lietania ku hviezdam by sa stal realizáciou nielen zápletiek modernej sci-fi, ale aj zápletiek starovekých mýtov o vzostupe do neba či okamžitých zvrhnutiach do pekla. To by bolo „experimentálne riešenie“ filozofických sporov o podstate človeka, o krehkosti telesnej schránky, o podstate bytia. čo je to človek? A čo je pravda? Je zaujímavé, že významní filozofi v rôznych obdobiach, od staroveku až po súčasnosť, prostredníctvom logickej analýzy (nezaloženej na vedomostiach) dospeli k celkom moderným myšlienkam o vzťahu medzi esenciou a ľudským telom. Život človeka je životom jeho duše, je to ubíjajúca myšlienka o sebe (“čo som?”), o svete vonku a v ňom samom, to je vnímanie krásy a odmietanie primitívnosti a nepravdy, toto je sloboda myslenia a analýzy. Sme tu, žijeme dovtedy, kým sme schopní myslieť, vyhodnocovať, spracovávať informácie a generovať ich. Ostatné je vo mne, moje telo slúži.

Mozog je oblasťou matematických operácií so symbolmi, číslami, pojmami. Ale samotné operácie, myšlienky, naše skúsenosti - to je niečo, čo sa nedá vziať do rúk. Človek sa vždy snažil toto niečo zhmotniť vo forme zvukov, slov, príbehov, rukopisov, kníh... Vždy sa však ukázalo, že je to len tieň, slabý odraz tohto niečoho.

Telo sú obslužné systémy oblasti matematických operácií (výživa, očista, pohyb, komunikácia s vonkajším svetom). Ale prevažná väčšina ľudí, takmer všetci a takmer vždy, nikdy nerozlišovala medzi svojím ja a svojím telom. A vždy sa to snažili zariadiť lepšie, telo (vo všeobecnosti nie nadarmo - bez výživy odumiera mozog, rozpadá sa pole operácií, zaniká osobnosť). Táto túžba z generácie na generáciu zostala hlavnou hybnou silou ľudskej rasy. Určila predátorské kampane, vytváranie nových technológií a túžbu po lepšom usporiadaní života a spoločnosti (vrátane metódy „okradnutia koristi“ maskovanej heslom „Dole s vykorisťovateľmi“). Z tejto túžby sa zrodili domy, autá, lietadlá, plyn a elektrina, počítače. Zariadiť si lepšie telo bolo a stále zostáva hlavným hýbateľom v živote ľudí. V skutočnosti je to všetko druhoradé. To však neznamená, že sa netreba starať o telo, 6 mydlo, či každodenný chlieb. V zdravom tele počítač pracuje s menším počtom porúch, vyššou rýchlosťou, s rozmanitejšími a efektívnejšími algoritmami a poskytuje väčšiu vnútornú odolnosť voči vonkajším hrozbám a nepríjemnostiam. A čo je najdôležitejšie, jasnosť myslenia. Ale ak hovoríme o hlavnej veci vo vzťahu nášho Ja s vonkajším svetom, tak toto je sloboda.

Je fotónová raketa snom, o ktorý sa budú usilovať mnohé generácie našich potomkov? alebo utkvelá myšlienka, zastaraná hneď, ako sa zrodila? (Na obrázku je znázornená jedna z pomyselných štruktúr. Dĺžka rakety je viac ako 9,5 km, veľkosť posádky je 300-500 ľudí.)

Toto všetko tu bolo povedané, aby sa pripomenulo: naše Ja, naša individualita, naša podstata nie je hmotná schránka. Nie je nič trestné, čo by odporovalo nášmu vnímaniu sveta v myšlienke na možnosť oddelenia individuality a jej materiálneho nositeľa.

Preto je z inžinierskeho hľadiska možné navrhnúť svet, v ktorom možno oddeliť ľudskú dušu od tela. V takomto svete sa človek môže pohybovať z jedného miesta na druhé – povedzme v rámci slnečnej sústavy – takmer okamžite. Napríklad pre vybraného „rezidenta“ by bolo možné v dostatočne veľkom počte centier mať svoj základný balík informácií a odovzdávať len zmeny, ktoré odzrkadľujú jeho stav v danom čase a signál o jeho zaradení na toto miesto. V tom istom svete si možno predstaviť vliatie duše (ducha?) daného človeka do tela niekoho iného. (Aký zmätok si možno predstaviť! Dokonca aj my budeme od nich ďaleko.)

Je možné stvoriť takúto bytosť? Aké podnety pre život by sme do toho mali vložiť? Zdá sa mi, že tu je hlavný problém. My sme iná vec. Sme produktom organickej evolúcie. Inštinkt života, pud plodenia je v nás hlboko zakorenený. Druh, ktorý tento inštinkt nemal alebo nebol dostatočne vyvinutý, v podmienkach prirodzeného výberu neprežil. Áno, existuje prirodzený výber. Keď tento inštinkt odumiera v dôsledku veku, zdravia, životných podmienok, ľudia strácajú chuť žiť. A aký životný stimul môžeme ponúknuť našej tvorbe? zvedavosť? Túžba byť užitočný pre ľudí, ktorí vytvorili jeho telo (smrteľné a nahraditeľné) a vychovali jeho osobnosť, dušu? Túžba vynoriť sa v objavovaní sveta, v ultradlhom cestovaní, vo vytváraní prijímacích a vysielacích staníc na cestovanie, pri budovaní vesmírnych cirkumhviezdnych základní?

Sú tieto stimuly presvedčivé? Kde môže získať náklonnosť a lásku k blížnym? Ako z neho vychovať, aby z neho nebolo monštrum so smiešnymi a nezmyselnými túžbami po moci, po možnosti dávať pokyny, vychovávať a byť známy ako dobrák? Alebo naopak, že sa neprejaví ako infantilná, málo iniciatívna bytosť, ľahostajná k svetu, k blížnym a k sebe samému?

A, samozrejme, obrovské technické problémy.

Ako rozmýšľame? Ako vznikajú stereotypy našich reakcií, správania, hodnotenia, ako vzniká naša individualita? Existuje podozrenie, že naše algoritmy na videnie sveta okolo nás, analýzu, myslenie sa vytvárajú zakaždým nanovo a takmer vždy iným spôsobom a ich charakter je určený rodinou, priateľmi a nepriateľmi, školou, štruktúrou spoločnosti, radosťami. , strasti a úspechy nášho detstva. Otroci vyrastajú v spoločnosti otrokov, nezávislí ľudia vyrastajú v spoločnosti slobodných atď.

Z tohto pohľadu je veľmi nebezpečné štandardizovať metódy výchovy, jaslí, škôlok, škôl... To je to najhoršie, čo môžete pre svoju budúcnosť urobiť. Ľudstvo je silné v rozmanitosti, rozmanitosti, individualite. Samozrejme, niektoré základy by mali byť spoločné: nezabíjať, nekradnúť, neprahnúť... Ale pripraviť človeka podľa štandardu (aj toho najvyššieho) znamená pripraviť si vlastnú smrť.

Ako bez pochopenia všetkých týchto vecí začať vytvárať umelú inteligenciu? A hlavne – tragické chyby a zlyhania, ktoré nás na tejto ceste čakajú.

Aj zdravá racionálna bytosť potrebuje podporu a ochranu, uznanie, pocit zmysluplnosti svojho života, svoju plnosť a plné práva. Chyby v myšlienkach vývoja, vo výrobe, vo vzdelávaní, nedostatok slušnosti tvorcov môžu viesť k vytvoreniu postihnutých tvorov, duševne nenormálnych a hlavne nešťastných. Koniec koncov, my, ľudia, máme toto všetko: čudákov a invalidov, domáce mačky a psy vychované a potom uvrhnuté do ľahostajného sveta, opustené deti a starých ľudí ...

Ale nápad sa už dostal do povedomia tých najzvedavejších, najpohotovejších a najpodnikavejších. Možno sa úloha vytvorenia umelej inteligencie stala najobľúbenejšou úlohou našej doby. Musíte si myslieť, že to bude fungovať.

Budú očividnejšie ťažkosti.

Na vyslanie človeka vo forme balíka informácií na galaktickú cestu je potrebné vytvoriť prijímacie a vysielacie stanice (napríklad v rádiovom dosahu), doručiť (napríklad pomocou automatickej kozmickej lode) tieto stanice možným destinácií (neďaleko žiadnej hviezdy, aby stanica získala energiu). Ak sa osobnosť vysiela rádiovým kanálom na galaktické vzdialenosti, potom bude potrebné vytvoriť antény s veľkosťou rádovo kilometrov, vysielače s výkonom rádovo 10 8 kW. Rýchlosti automatických kozmických lodí, ktoré teraz lietajú, sú desiatky kilometrov za sekundu. Rýchlosť rádovo stoviek a dokonca tisícok kilometrov za sekundu sa zdá byť dosiahnuteľná. To však znamená, že doba prepravy po Galaxii bude pre pozemšťanov milióny a dokonca stovky miliónov rokov. Dodanie staníc aj k najbližším hviezdam, ktoré sú od nás desiatky svetelných rokov, si vyžiada desiatky tisícročí. Počas tejto doby môže dôjsť k strate záujmu o podnik. Napriek tomu je táto cesta v medziach možného.

Je možné dodať nie transceivery, ale technológiu, nástroje, roboty na vytvorenie takýchto staníc na mieste.

Je možné ponúknuť iný spôsob, ako uskutočniť hviezdne cestovanie, a to dostať sa do kontaktu s inými civilizáciami, odovzdať im informácie o výstavbe prijímacej a vysielacej stanice vhodnej na príjem a návrat „našich ľudí“, potrebné informácie. k vytvoreniu štandardného materiálneho nosiča, a teda spôsobu nastolenia galaktického cestovania (tiež nápad zo sci-fi – spomeňte si napr. na „Čierny mrak“). Tu sa v úvahách objavuje starý problém: ako sa dostať do kontaktu s inými civilizáciami? Prirodzeným spôsobom je vytvoriť „maják“, získať spätné volanie a nadviazať spojenie. Na základe myšlienky vytvorenia pulzného majáku, ktorý prijíma energiu z hviezdy, so solárnymi panelmi s výkonom okolo 10 9 kW (tu údaje platia pre rádiový maják so šírkou prenosového pásma len 100 Hz), potom sa môžete spoľahnúť na predplatiteľov, ktorí sa nachádzajú vo vzdialenosti do päťdesiattisíc svetelných rokov a majú prijímacie antény s veľkosťou do 10-20 km v blízkosti svojej hviezdy. Hodnoty 10 9 kW sa netreba zľaknúť. Solárne batérie takéhoto výkonu by mali mať rozmery 100 × 100 km – gigantické, ale vo všeobecnosti reálne rozmery. Podobný dizajn môže byť reprezentovaný ako ľahký plochý nosník, na ktorom sú natiahnuté filmové fotobunky.

Načasovanie realizácie takéhoto spojenia bude tisíce a desaťtisíce rokov. Už však nie milióny, ale ešte dlho.

Mohla by existovať kratšia cesta?

Ak by si túto cestu prieskumu Galaxie predtým zvolili iné civilizácie, potom si už mohli vytvoriť svoje vlastné „majáky“. Takže - hľadajte tieto majáky. Vytvorte prijímacie antény schopné prijímať signály z galaktických majákov.

V blízkom slnečnom priestore môžu byť vytvorené rádiové teleskopy s anténami rádovo kilometrov alebo viac. A kde hľadať? Možno v strede galaxie? alebo pozdĺž stredových línií špirálových ramien? v guľových hviezdokopách?

Tak či onak, ale toto sú už desaťročia, nie tisíce a nie milióny rokov.

Existuje ešte jednoduchší spôsob, ako sa dostať do kontaktu s inými civilizáciami?

Predpokladajme, že predstavitelia iných civilizácií už boli (alebo sú?) na Zemi alebo v slnečnej sústave. Aké by mohli byť stopy ich činnosti? Kde sa môžu nachádzať prijímacie a vysielacie stanice (vrátane medziľahlých)?

Existujú dva smery vyhľadávania. Jedným z nich sú vesmírni ľudia. Čo možno od nich očakávať: veľkosť, vlastnosti ich života (možno napríklad nepotrebujú atmosféru a organické látky na zásobovanie energiou, vákuum je ich prirodzený biotop...)? Prečo sami nenadviazali kontakt, alebo prečo s nami nechcú nadviazať kontakt? Ďalším smerom je hľadanie ich komunikačných prostriedkov, prijímanie a vysielanie cestujúcich a informácií.

Účelom takýchto úvah na pokraji fantázie je pozerať sa dopredu, aby sme pochopili svoje dlhodobé ciele, určili sľubné smery pre hľadanie na ultra veľké vzdialenosti, porovnali tieto smery s aktuálnymi problémami ekológie a ekonomiky, usporiadaním o živote ľudí na Zemi, s vedeckými problémami štúdia vesmíru a Zeme, ktoré sú dnes zaujímavé. A z tejto analýzy identifikovať oblasti práce, na ktoré sa oplatí míňať spoločné prostriedky, energiu a inteligenciu ľudí. Je to potrebné na to, aby sa urobil vyvážený a rozumný výber, aby sa neplytvalo úsilím a peniazmi.

20. storočie bolo svedkom mnohých príkladov smiešnych rozhodnutí. Možno si napríklad pripomenúť prácu u nás na vytvorení superrakety H1. Tieto práce sa realizovali v šesťdesiatych rokoch a boli ukončené v roku 1973. Na čo bola? Pristáť na expedícii na Mesiac? Parametre rakety však nesúviseli s hmotnosťou lodí. Otriasť svetom? Šokovať Američanov? Alebo možno s cieľom vypustiť na obežnú dráhu nejakú obrovskú kozmickú loď s hmotnosťou asi 100 ton? Ale také projekty ani vtedy, ani dnes, o dvadsať rokov neskôr, neexistovali a neexistujú.

A čo práca na vytvorení rakety Energia? Prečo? Na vypustenie na obežnú dráhu kozmickej lode s hmotnosťou asi 100 ton. Ale neexistujú! A žiadne projekty!

Alebo náš posledný „epochálny“ výdobytok – systém „Energia – Buran“. Práce prebiehali pod veľkým tlakom. Ostatné vesmírne a nevesmírne aktivity boli uzavreté a zatlačené. Boli vynaložené obrovské finančné prostriedky. Prečo? Získať našu „hračku“ a ukázať, že aj my, podobne ako Američania, dokážeme plytvať peniazmi márne? Buran môže vrátiť kozmickú loď z obežnej dráhy. Neexistujú však také zariadenia, ktoré by vyžadovali návrat z obežnej dráhy a ktorých náklady by boli vyššie ako náklady na štarty Buranu. Doručenie zariadení na obežnú dráhu pomocou Buranu je desaťkrát drahšie ako používanie už dávno existujúcich nosičov. Tak prečo?

Treba povedať, že výčitka za mimoriadne neúspešnú voľbu hlavných cieľov sa netýka len našich funkcionárov, ale aj tých amerických (Lunar program, Shuttle). V princípe sú úradníci všade rovnakí – veď nehospodária s vlastnými peniazmi.

Úvahy o lete ku hviezdam nám umožňujú zdôrazniť niekoľko zaujímavých oblastí práce:

Výskum možností vytvárania a vývoja umelej inteligencie; - konštrukcia vesmírnych robotov s následným prechodom k stvoreniu človeka z vesmíru, ktorého osobnosť je možné oddeliť od hmotného nosiča a preniesť vo forme balíka informácií rýchlosťou svetla; - vývoj ideológie a dizajnu "majákov", metódy ich hľadania; - vývoj a vytváranie stále väčších rádiových a optických ďalekohľadov s veľkosťou rádiových antén rádovo stoviek a tisícov metrov; - hľadanie "cudzích" výstupných komunikačných kanálov zo Zeme, jemnejšie (s vyšším rozlíšením) fotografovanie a štúdium povrchu Mesiaca (najmä odvrátenej strany) a iných planét slnečnej sústavy pri hľadaní prostriedkov komunikácie iných civilizácií.

Tieto oblasti práce dobre korelujú s modernými potrebami ľudstva.

Prvá správa ľudstva do vzdialených svetov, inštalovaná na kozmickej lodi "Pioneer-10" (1972). O niekoľko miliónov rokov bude tam, kde je teraz hviezda Aldebaran. Stanú sa jeho príjemcami naši potomkovia?

Práce na umelej inteligencii sú spojené s riešením problému vytvorenia dostatočne výkonných robotov, ktorí by dokázali nahradiť ľudí v nebezpečných odvetviach, zachrániť ich od ťažkej fyzickej práce, od rutinnej nekreatívnej práce a pomôcť nám pri rozvoji vodných plôch a podmorského sveta. Vytvorenie vesmírnych robotov je naliehavou úlohou. Pri práci vo vesmíre budú efektívnejšie ako muž v skafandri. A práca vo vesmíre sa pravdepodobne rozvinie v najbližších desaťročiach: výstavba cenovo výhodných tovární na obežných dráhach, kde sa vo výrobných procesoch bude využívať absencia gravitácie, tovární, ktoré nemožno opustiť na Zemi kvôli ich environmentálnej nebezpečnosti.

Vytvorenie veľkých rádioteleskopov umožní vykonávať efektívny výskum na hraniciach vesmíru aj v strede Galaxie...

Táto analýza môže a mala by pokračovať. Len spoločné zvažovanie blízkych a vzdialených úloh nám umožňuje zvoliť si správne ciele a robiť rozumné rozhodnutia.

Medzihviezdny let je cesta medzi hviezdami pilotovaných vozidiel alebo automatických staníc. Najčastejšie sa medzihviezdny let chápe ako cesta s ľudskou posádkou, niekedy s možnou kolonizáciou extrasolárnych planét.

Stavba eskadry medzihviezdnych lodí sa začne v Lagrangeových bodoch systému Zem-Mesiac (bodoch gravitačnej rovnováhy). Materiály môžu byť väčšinou dodávané z lunárnych základní - napríklad kontajnery s nimi sú odpaľované elektromagnetickými zbraňami a zachytávané špeciálnymi záchytnými stanicami v oblasti výstavby. Motor pre medzihviezdnu kozmickú loď by mal mať rádovo rovnakú veľkosť ako všetka energia, ktorú dnes ľudstvo spotrebuje. Na základe predvídateľných technológií a možností zdrojov je možné poskytnúť náčrt budúcich medzihviezdnych letov.

Pri zvažovaní kozmickej lode akéhokoľvek účelu je vhodné rozdeliť ju na dve časti – pohonný systém a užitočné zaťaženie. Pod pohonným systémom je zvykom rozumieť nielen samotné motory, ale aj palivové nádrže, potrebné energetické štruktúry. Pre problém medzihviezdnych letov je práve pohonný systém kľúčovým faktorom určujúcim realizovateľnosť projektu. Problémy vytvorenia pohonného systému sú však nad rámec tejto úvahy. Teraz je pre nás dôležité, že existujú technológie, ktoré sa v priebehu svojho vývoja môžu stať prijateľnými pre medzihviezdne lety. Tu je na prvom mieste technológia využitia inerciálnej termonukleárnej fúzie na raketový pohon. V americkom zariadení NIF (National Ignition Facility) v hodnote 3,5 miliardy dolárov na výskum laserovej termonukleárnej fúzie už boli získané výsledky naznačujúce, že na tomto princípe možno vytvoriť raketový motor. Pri Sarove sa buduje ešte výkonnejšia inštalácia tohto typu. Tieto inštalácie sa len málo podobajú na raketové motory, ale ak sa podmienečne „prerežú“ na polovicu, zbavia sa základov, stien a mnohých zariadení nepotrebných vo vesmíre, dostaneme raketový motor, ktorý sa dá doviesť do medzihviezdnej verzie. Bez toho, aby sme zachádzali do podrobností, poznamenávame, že takéto motory budú nevyhnutne veľké, ťažké a veľmi výkonné. Motor pre medzihviezdnu kozmickú loď by mal mať rádovo rovnakú veľkosť ako všetka energia, ktorú dnes ľudstvo spotrebuje. Mať takýto motor (a ak taký motor nie je, tak sa niet o čom baviť), môžete sa cítiť slobodnejšie pri zvažovaní parametrov užitočného zaťaženia. Analogicky, ak je pre cyklistu už citeľných 50 kg navyše, potom si dieselová lokomotíva ani nevšimne tých 50 ton navyše.

Vyzbrojení týmto porozumením si môžeme skúsiť predstaviť prvú medzihviezdnu expedíciu. V tomto prípade bude potrebné použiť výsledky výpočtov a odhadov, ktoré boli vykonané, ale tu ich zo zrejmých dôvodov nemožno reprodukovať.

Stavba eskadry medzihviezdnych lodí sa začne v Lagrangeových bodoch systému Zem-Mesiac (bodoch gravitačnej rovnováhy). Materiály môžu byť väčšinou dodávané z lunárnych základní - napríklad kontajnery s nimi sú odpaľované elektromagnetickými zbraňami a zachytávané špeciálnymi záchytnými stanicami v oblasti výstavby.

Jedna loď znamená státisíce ton užitočného zaťaženia, milióny ton motorov, desiatky miliónov ton paliva. Čísla môžu byť odstrašujúce, ale aby neboli príliš odstrašujúce, dajú sa porovnať s inými veľkými stavebnými projektmi. Už dávno, za 20 rokov, bola postavená Cheopsova pyramída s hmotnosťou viac ako 6 miliónov ton. Alebo už v našich časoch - v Kanade v roku 1965 bol postavený ostrov "North Dame". Len na to bolo treba 15 miliónov ton zeminy a výstavba trvala len 10 mesiacov. Najväčšia námorná loď - Knock Nevis - mala výtlak 825 614 ton. Konštrukcia vo vesmíre má svoje špecifické ťažkosti, ale má aj niektoré výhody, napríklad odľahčenie energetických prvkov v dôsledku beztiaže, praktickú absenciu obmedzení hmotnosti a veľkosti (na Zemi sa dostatočne veľká konštrukcia jednoducho rozdrví) .

Približne 95 % hmotnosti medzihviezdnej kozmickej lode bude tvoriť termonukleárne palivo. Pravdepodobne budú ako palivo použité bórové vodíky, tuhé palivo, nie sú potrebné nádrže, čo výrazne zlepšuje vlastnosti lode a uľahčuje jej stavbu. Je lepšie zbierať borohydridy nie v systéme Zem-Mesiac, ale niekde ďaleko od Slnka, napríklad v systéme Saturn, aby sa predišlo stratám v dôsledku sublimácie. Čas výstavby možno odhadnúť na niekoľko desaťročí. Termín nie je taký veľký a okrem toho tí istí stavitelia budú súčasne vykonávať ďalšie práce v rámci rozvoja slnečnej sústavy. Stavba je lepšie začať s výstavbou obytných blokov lode, v ktorej sa usadia stavitelia a ďalší odborníci. Zároveň bude pri výstavbe a akumulácii paliva testovaná stabilita uzavretého systému podpory života na desiatky rokov.

Uzavretý systém podpory života je po probléme s motorom pravdepodobne druhý najťažší problém. Jeden človek spotrebuje denne asi 5 kg vody, jedla a vzduchu, ak si všetko zoberiete so sebou, budete potrebovať viac ako 200 tisíc ton zásob. Riešením je opätovné využitie zdrojov, ako sa to deje na planéte Zem.

Úplný rozsah medzihviezdnych vzdialeností letov môžeme pocítiť iba vtedy, ak sa pozrieme na prostriedky vykonávania takýchto letov. Samozrejme, takáto úvaha nie je zameraná na „cítenie vzdialenosti“. Nemožno to považovať ani za návrh konkrétneho dizajnu medzihviezdnych lodí. Štúdium problematiky medzihviezdnych letov má dnes inžiniersko-teoretický charakter. Nemožnosť medzihviezdnych letov je nemožné dokázať, no nikto nedokázal ani ich uskutočniteľnosť. Východisko zo situácie nie je jednoduché – je potrebné navrhnúť taký dizajn medzihviezdnych lodí, ktorý by inžinierska a vedecká komunita vnímala ako realizovateľný.

Lety jednotlivých medzihviezdnych lodí, ktoré sú v literatúre vedeckej fantastiky pravidlom, sú vylúčené, možný je len let eskadry lodí, asi tucta vozidiel. To je požiadavka na bezpečnosť, a navyše - a zabezpečenie rozmanitosti života prostredníctvom komunikácie medzi posádkami rôznych lodí.

Keď je letka dokončená, presunie sa do uložených zásob paliva, zakotví s nimi a dá sa do letu. Zrýchlenie bude podľa všetkého veľmi pomalé a do roka či dvoch bude môcť viac mobilných zariadení hodiť na lode to, čo zabudli, a vzlietnuť z paluby tých, ktorí si to rozmysleli.

Let bude trvať 100-150 rokov. Pomalé zrýchlenie so zrýchlením asi stotiny zemského za desaťročie, desaťročia zotrvačného letu a o niečo rýchlejšie ako zrýchlenie, spomalenie. Rýchla akcelerácia by výrazne skrátila dobu letu, ale nie je možná kvôli nevyhnutne veľkej hmotnosti pohonného systému.

Let nebude taký plný vesmírnych dobrodružstiev, ako sa opisuje v literatúre sci-fi. Vonkajšie hrozby prakticky neexistujú. Mraky kozmického prachu, víry vesmíru, medzery v čase – všetky tieto atribúty hrozby nepredstavujú hrozbu kvôli jej absencii. Dokonca aj triviálne meteority sú v medzihviezdnom priestore extrémne zriedkavé. Hlavným vonkajším problémom je galaktické kozmické žiarenie, kozmické žiarenie. Ide o izotropný tok jadier prvkov, ktoré majú vysokú energiu a následne vysokú penetračnú silu. Na Zemi nás pred nimi chráni atmosféra a magnetické pole, vo vesmíre, ak je let dlhý, je potrebné prijať špeciálne opatrenia, ktoré chránia obytný priestor lode tak, aby dávka kozmického žiarenia výrazne neprekročila zemskej úrovni. Tu pomôže jednoduchá konštruktívna technika - zásoby paliva (a sú veľmi veľké) sa nachádzajú okolo obytných priestorov a chránia ich pred žiarením po väčšinu času letu.

Náš čitateľ Nikita Ageev sa pýta: aký je hlavný problém medzihviezdnych letov? Odpoveď, ako napríklad , bude vyžadovať veľký článok, aj keď na otázku možno odpovedať jedným znakom: c .

Rýchlosť svetla vo vákuu, c, je asi 300 000 kilometrov za sekundu a nemožno ju prekročiť. Preto je nemožné dosiahnuť hviezdy za menej ako niekoľko rokov (svetlu trvá 4,243 roka, kým dosiahne Proximu Centauri, takže kozmická loď nemôže doraziť ešte rýchlejšie). Ak k tomu pripočítame čas na zrýchlenie a spomalenie s pre človeka viac-menej prijateľným zrýchlením, tak sa k najbližšej hviezde dostaneme približne o desať rokov.

Aké sú podmienky na lietanie?

A toto obdobie je už samo o sebe výraznou prekážkou, aj keď pominieme otázku „ako zrýchliť na rýchlosť blízku rýchlosti svetla“. Teraz neexistujú žiadne vesmírne lode, ktoré by posádke umožnili tak dlho autonómne žiť vo vesmíre – astronautom neustále privážajú čerstvé zásoby zo Zeme. Zvyčajne sa rozhovor o problémoch medzihviezdneho cestovania začína zásadnejšími otázkami, no začneme čisto aplikovanými problémami.

Ani pol storočia po Gagarinovom lete inžinieri nedokázali vytvoriť práčku a celkom praktickú sprchu pre kozmické lode a toalety určené pre stav beztiaže sa na ISS rozpadávajú so závideniahodnou pravidelnosťou. Let aspoň na Mars (22 svetelných minút namiesto 4 svetelných rokov) už predstavuje pre inštalatérskych dizajnérov netriviálnu úlohu: cestovanie ku hviezdam si teda bude vyžadovať aspoň vynájdenie vesmírnej toalety s dvadsaťročnou zárukou a rovnakým umývaním. stroj.

Vodu na umývanie, umývanie a pitie si tiež budete musieť vziať so sebou alebo ju znova použiť. Rovnako ako vzduch, aj potraviny je potrebné buď skladovať alebo pestovať na palube. Experimenty na vytvorenie uzavretého ekosystému na Zemi už prebehli, no ich podmienky sú stále veľmi odlišné od podmienok vo vesmíre, aspoň v prítomnosti gravitácie. Ľudstvo vie, ako premeniť obsah hrnca na čistú pitnú vodu, ale v tomto prípade sa vyžaduje, aby to bolo schopné urobiť v nulovej gravitácii, s absolútnou spoľahlivosťou a bez nákladu spotrebného materiálu: odviezť kamión filtračných vložiek do hviezdy sú príliš drahé.

Pranie ponožiek a ochrana pred črevnými infekciami sa môže zdať ako príliš banálne, „nefyzické“ obmedzenia medzihviezdnych letov – každý skúsený cestovateľ však potvrdí, že „maličkosti“ ako nepohodlná obuv alebo podráždený žalúdok z neznámeho jedla na autonómnej expedícii sa môžu zmeniť na ohrozenie života.

Riešenie aj elementárnych každodenných problémov si vyžaduje rovnako seriózny technologický základ ako vývoj zásadne nových vesmírnych motorov. Ak je možné na Zemi kúpiť opotrebované tesnenie v záchodovej mise v najbližšom obchode za dva ruble, potom už na marťanskej kozmickej lodi je potrebné poskytnúť buď rezervu všetky podobných dielov, alebo trojrozmerná tlačiareň na výrobu náhradných dielov z univerzálnych plastových surovín.

V americkom námorníctve v roku 2013 vážne zaoberajúca sa 3D tlačou po posúdení času a nákladov na opravu vojenskej techniky tradičnými metódami v teréne. Armáda usúdila, že je jednoduchšie vytlačiť nejaké vzácne tesnenie pre zostavu vrtuľníka, ktorá bola prerušená pred desiatimi rokmi, ako objednať súčiastku zo skladu na inej pevnine.

Jeden z Koroľovových najbližších spolupracovníkov, Boris Čertok, vo svojich spomienkach Rakety a ľudia napísal, že v určitom bode sovietsky vesmírny program čelil nedostatku zástrčkových kontaktov. Spoľahlivé konektory pre viacžilové káble museli byť vyvinuté samostatne.

Okrem náhradných dielov na vybavenie, jedlo, vodu a vzduch budú astronauti potrebovať energiu. Energiu bude potrebovať motor a palubné vybavenie, takže problém výkonného a spoľahlivého zdroja bude treba riešiť samostatne. Solárne batérie nie sú vhodné, už len kvôli vzdialenosti od svietidiel počas letu, rádioizotopové generátory (napájajú Voyagery a New Horizons) neposkytujú energiu potrebnú pre veľkú kozmickú loď s ľudskou posádkou a stále sa nenaučili vyrábať plnohodnotné jadrové reaktory pre vesmír.

Sovietsky satelitný program s jadrovým pohonom bol poznačený medzinárodným škandálom po páde Kosmos-954 v Kanade, ako aj sériou zlyhaní s menej dramatickými následkami; podobná práca v USA bola obmedzená ešte skôr. Teraz majú Rosatom a Roskosmos v úmysle vytvoriť vesmírnu jadrovú elektráreň, ale stále ide o zariadenia na krátke lety a nie o dlhodobú cestu do iného hviezdneho systému.

Možno sa namiesto jadrového reaktora budú v budúcich medzihviezdnych lodiach používať tokamaky. O tom, aké ťažké je aspoň správne určiť parametre termonukleárnej plazmy, na Moskovskom inštitúte fyziky a technológie toto leto. Mimochodom, projekt ITER na Zemi úspešne napreduje: aj tí, ktorí dnes vstúpili do prvého ročníka, majú šancu zapojiť sa do práce na prvom experimentálnom termonukleárnom reaktore s pozitívnou energetickou bilanciou.

Čo lietať?

Bežné raketové motory nie sú vhodné na zrýchlenie a spomalenie medzihviezdnej kozmickej lode. Tí, ktorí poznajú kurz mechaniky, ktorý sa vyučuje na Moskovskom inštitúte fyziky a technológie v prvom semestri, môžu nezávisle vypočítať, koľko paliva bude raketa potrebovať na dosiahnutie aspoň stotisíc kilometrov za sekundu. Pre tých, ktorí ešte nie sú oboznámení s Tsiolkovského rovnicou, okamžite oznámime výsledok - hmotnosť palivových nádrží je výrazne vyššia ako hmotnosť slnečnej sústavy.

Znížiť prísun paliva je možné zvýšením rýchlosti, ktorou motor vytláča pracovnú tekutinu, plyn, plazmu alebo niečo iné, až na zväzok elementárnych častíc. V súčasnosti sa plazmové a iónové trysky aktívne využívajú na prelety automatických medziplanetárnych staníc v rámci slnečnej sústavy alebo na korekciu obežnej dráhy geostacionárnych družíc, majú však množstvo iných nevýhod. Najmä všetky takéto motory dávajú príliš malý ťah, zatiaľ nedokážu lodi udeliť zrýchlenie niekoľko metrov za sekundu na druhú.

Prorektor MIPT Oleg Gorshkov patrí medzi uznávaných odborníkov v oblasti plazmových motorov. Motory radu SPD sa vyrábajú v Fakel Design Bureau, ide o sériové produkty na korekciu obežnej dráhy komunikačných satelitov.

V 50. rokoch 20. storočia vznikal projekt motora, ktorý by využíval impulz jadrového výbuchu (Projekt Orion), no ani zďaleka nejde o hotové riešenie pre medzihviezdne lety. Ešte menej rozvinutá je konštrukcia motora, ktorý využíva magnetohydrodynamický efekt, to znamená, že sa zrýchľuje v dôsledku interakcie s medzihviezdnou plazmou. Vesmírna loď by teoreticky mohla „nasať“ plazmu a vrhnúť ju späť s vytvorením prúdového ťahu, ale je tu ďalší problém.

Ako prežiť?

Medzihviezdnu plazmu tvoria predovšetkým protóny a jadrá hélia, ak vezmeme do úvahy ťažké častice. Všetky tieto častice pri pohybe rýchlosťou rádovo stoviek tisíc kilometrov za sekundu získavajú energiu v megaelektrónvoltoch alebo dokonca desiatkach megaelektronvoltov – rovnaké množstvo, aké majú produkty jadrových reakcií. Hustota medzihviezdneho prostredia je asi stotisíc iónov na meter kubický, čo znamená, že za sekundu dostane štvorcový meter kože lode asi 10 13 protónov s energiami desiatok MeV.

Jeden elektrónvolt, eV,― je to energia, ktorú elektrón získa pri prelete z jednej elektródy na druhú s potenciálovým rozdielom jedného voltu. Takúto energiu majú svetelné kvantá a ultrafialové kvantá s vyššou energiou sú už schopné poškodiť molekuly DNA. Žiarenie alebo častice s energiami v megaelektrónvoltoch sprevádzajú jadrové reakcie a navyše sú samy schopné ich vyvolať.

Takéto ožiarenie zodpovedá absorbovanej energii (za predpokladu, že všetku energiu absorbuje pokožka) v desiatkach joulov. Navyše táto energia nebude pochádzať len vo forme tepla, ale môže byť čiastočne vynaložená na iniciovanie jadrových reakcií v materiáli lode s tvorbou izotopov s krátkou životnosťou: inými slovami, koža sa stane rádioaktívnou.

Časť dopadajúcich protónov a jadier hélia môže byť magnetickým poľom vychýlená do strany a komplexný obal mnohých vrstiev môže byť chránený pred indukovaným žiarením a sekundárnym žiarením, ale tieto problémy ešte nie sú vyriešené. Okrem toho sa základné ťažkosti formulára „aký materiál najmenej zničí ožiarenie“ vo fáze údržby lode počas letu zmenia na konkrétne problémy - „ako odskrutkovať štyri skrutky o 25 v priestore s pozadím päťdesiatich milisievertov za hodinu."

Pripomeňme, že pri poslednej oprave Hubblovho teleskopu sa astronautom najskôr nepodarilo odskrutkovať štyri skrutky, ktoré upevňujú jednu z kamier. Po porade so Zemou nahradili momentový kľúč bežným kľúčom a použili hrubú silu. Skrutky sa dali do pohybu, kamera bola úspešne vymenená. Ak by sa súčasne odtrhla zaseknutá skrutka, druhá výprava by stála pol miliardy amerických dolárov. Alebo by sa to vôbec nestalo.

Existujú nejaké riešenia?

V sci-fi (často viac fantasy ako veda) sa medzihviezdne cestovanie uskutočňuje prostredníctvom „subpriestorových tunelov“. Formálne niečo podobné umožňujú Einsteinove rovnice, ktoré opisujú geometriu časopriestoru v závislosti od hmoty a energie rozloženej v tomto časopriestore – len odhadované náklady na energiu sú ešte deprimujúcejšie ako odhady množstva raketového paliva pre let do Proximy Centauri. Nielenže je potrebné veľa energie, ale aj hustota energie musí byť záporná.

Otázka, či je možné vytvoriť stabilnú, veľkú a energeticky možnú „červí dieru“, je spojená so zásadnými otázkami o štruktúre vesmíru ako celku. Jedným z nevyriešených fyzikálnych problémov je nedostatok gravitácie v takzvanom štandardnom modeli – teórii, ktorá popisuje správanie elementárnych častíc a tri zo štyroch základných fyzikálnych interakcií. Prevažná väčšina fyzikov je skôr skeptická, že v kvantovej teórii gravitácie existuje miesto pre medzihviezdne „skoky cez hyperpriestor“, ale prísne vzaté, nikto nezakazuje hľadať riešenie pre lety ku hviezdam.

A opustil slnečnú sústavu; teraz s ich pomocou študujú medzihviezdny priestor. Stanice, ktorých priamym poslaním by bol let k najbližším hviezdam, na začiatku 21. storočia neexistujú.

Vzdialenosť k najbližšej hviezde (Proxima Centauri) je asi 4,243 svetelných rokov, teda asi 268-tisíckrát väčšia ako vzdialenosť od Zeme k Slnku.

Projekty hviezdnej lode poháňané tlakom elektromagnetických vĺn

V roku 1971 v správe G. Marxa na sympóziu v Byurakane bolo navrhnuté použiť röntgenové lasery na medzihviezdne lety. Neskôr možnosť využitia tohto typu pohonu skúmala NASA. Výsledkom bol nasledujúci záver: „Ak sa nájde možnosť vytvorenia lasera pracujúceho v oblasti röntgenových vlnových dĺžok, potom môžeme hovoriť o skutočnom vývoji lietadla (urýchleného takýmto laserovým lúčom), ktoré dokáže prekonať vzdialenosti k najbližším hviezdam oveľa rýchlejšie ako všetky v súčasnosti známe systémy s raketovými motormi. Výpočty ukazujú, že pomocou vesmírneho systému uvažovaného v tomto článku je možné dosiahnuť hviezdu Alfa Centauri ... za približne 10 rokov.

V roku 1985 R. Forward navrhol návrh medzihviezdnej sondy urýchľovanej mikrovlnnou energiou. Projekt počítal s tým, že k najbližším hviezdam sa sonda dostane za 21 rokov.

Na 36. medzinárodnom astronomickom kongrese bol navrhnutý projekt laserovej hviezdnej lode, ktorej pohyb zabezpečuje energia optických laserov umiestnených na obežnej dráhe okolo Merkúra. Podľa výpočtov by cesta hviezdnej lode tohto dizajnu k hviezde Epsilon Eridani (10,8 svetelných rokov) a späť trvala 51 rokov.

Anihilačné motory

Hlavnými problémami, na ktoré upozornili vedci a inžinieri, ktorí analyzovali návrhy anihilačných rakiet, je získanie správneho množstva antihmoty, jej uloženie a zameranie toku častíc správnym smerom. Ukazuje sa, že súčasný stav vedy a techniky ani teoreticky neumožňuje vytváranie takýchto štruktúr.

Motory s priamym prúdením poháňané medzihviezdnym vodíkom

Hlavnou zložkou hmotnosti moderných rakiet je množstvo paliva potrebné na zrýchlenie rakety. Ak je možné nejakým spôsobom využiť prostredie obklopujúce raketu ako pracovnú tekutinu a palivo, je možné výrazne znížiť hmotnosť rakety a vďaka tomu dosiahnuť vysoké rýchlosti pohybu.

Generačné lode

Medzihviezdne cestovanie je možné aj pomocou hviezdnych lodí, ktoré implementujú koncept „generačných lodí“ (napríklad kolónie O'Neill). V takýchto hviezdnych lodiach sa vytvára a udržiava uzavretá biosféra, ktorá je schopná podporovať a reprodukovať sa niekoľko tisíc rokov. Let prebieha pri nízkej rýchlosti a trvá veľmi dlho, počas ktorého má veľa generácií astronautov čas na zmenu.

FTL pohyb

Poznámky

pozri tiež

Zdroje

• Kolesnikov Yu. V. Staviate hviezdne lode. M., 1990. 207 s. ISBN 5-08-000617-X.
• http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Prednáška o medzihviezdnych letoch o zrýchlení 100 km/s v blízkosti hviezd