Меньше всего в наше время специалисты обсуждают межзвездные путешествия на космических кораблях. И дело тут не в том, что эта тема набила оскомину, поскольку обсуждалась в деталях в течение столетий (правда, эти детали были из области фантастики). Дело также не в том, что отпала необходимость в межзвездных полетах и мы будем общаться с внеземными цивилизациями только с помощью различных сигналов. Никакими сигналами путешествие в другие миры не заменить. «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Сигналы не дадут нам ни вещественных, осязаемых предметов, ни реальных представителей фауны и флоры. С помощью сигналов мы не сможем установить контакт с цивилизациями, которые к нему технологически еще не готовы. Можно указать и на другие стороны вселенской жизни, которые останутся за бортом, если мы не можем освоить космический транспорт. Так почему же эта проблема сейчас не рассматривается специалистами в практической плоскости? Ответ на этот вопрос очень прост: мы пока не готовы к таким полетам. Это «пока» может длиться еще сотни лет, хотя очень легко ошибиться, предсказывая развитие науки и техники на будущее.
Несмотря на столь неблагоприятное состояние дел с межзвездными перелетами, имеет смысл ознакомиться с самой проблемой. Если мы не хотим находиться в пути миллионы лет (а это абсурдно), то надо обеспечить большую скорость корабля. Скорость, превышающая скорость света, невозможна, скорость света для корабля также нереальна. Поэтому при разных оценках оперируют скоростью, составляющей 10 % от скорости света. Ее называют децисветовой. Сантисветовая скорость в сто раз меньше скорости света.
Широко обсуждался вопрос о течении времени при космических перелетах. Время существенно замедляется. Так, ядро Галактики, которое удалено от нас на расстояние около 30 тысяч световых лет, можно будет достичь за 21 год и даже ближайшей галактики - туманности Андромеды - за 28 лет. Космический корабль в начале полета некоторое время должен ускоряться и перед посадкой соответственно замедляться. Каждый из этих отрезков времени может составить по нескольку лет. Течение времени на покинутой планете, естественно, не замедляется. Поэтому за время путешествия землян к туманности Андромеды и обратно на Земле пройдет более 3 миллионов лет. Хотя это и очень напоминает фантастику, но именно такое число следует из теории относительности А. Эйнштейна, то есть является строго научным результатом.
Очень легко оценить, что должна представлять собой ракета (ее возможности), для того чтобы она смогла достичь децисветовой или сантисветовой скорости. Скорость ракеты V, которой она достигает после выгорания горючего массой М, зависит и от массы ракеты М, и от скорости выброса рабочего вещества ракеты W. Эта зависимость выражается формулой
Мы не можем увеличивать массу горючего, не увеличивая массу ракеты, - ведь горючее приходится грузить на ту же ракету. Правда, можно ракету также дозаправлять в пути, в космосе, но такую возможность мы учтем позднее.
Совершенно ясно, что чем легче ракета, тем проще ее разогнать до большой скорости. Необходимость грузить на ракету большую массу горючего не позволяет сделать ее сколь угодно легкой. Выход один - искать такое горючее, которое было бы очень эффективным в смысле получения энергии. Естественно, можно говорить только о термоядерном горючем. Более эффективного горючего мы пока не знаем, хотя оно наверняка есть. Человек вынужден исходить из того, чем он располагает в настоящее время. Так, в прошлом веке очень серьезно обсуждался проект путешествия на Луну с использованием парового двигателя. Но вернемся к ракетам. Оказалось, что даже использование урана в качестве горючего может позволить развить скорость ракеты только до 1300 км/с. По земным меркам это очень большая скорость, но она в 23 раза меньше скорости света. Использование термоядерного горючего (когда происходит не расщепление ядер, а их синтез) позволит эту скорость несколько увеличить. Но достичь децисветовой скорости все равно не удастся.
Чтобы показать, насколько эта задача технологически сложна, приведем такой пример. На каждый грамм массы должна приходиться мощность 3 миллиона ватт. При этом ускорение ракеты будет равно величине земного ускорения. Сравним эту величину с реально доступной. Так, подводная лодка весом 800 тонн, использующая атомный двигатель, развивает мощность в 15 миллионов ватт. Нам же надо, чтобы эту мощность развивал двигатель весом 5 граммов. Сюда должны включаться все составные части движущейся ракеты (а не только двигатель).
Фотонные ракеты, о которых писали не только фантасты, но и ученые, явно не справятся с задачей межзвездных полетов.
Не так давно было предложено новое решение проблемы создания движителя для межзвездных перелетов. Предлагается не загружать на ракету горючее дома, на Земле, а брать его по мере необходимости прямо в космосе. Таким горючим может служить водород, который содержится в межзвездном пространстве. Ядра водорода можно заставить вступать в термоядерные реакции и так развивать необходимую мощность, не перегружая ракету большим запасом горючего. При этом запаса вообще никакого не надо. Ракета засасывает из окружающего пространства межзвездный водород, использует его и отработанное рабочее вещество выбрасывает. Все в этом проекте было бы отлично, только имеется одно «но»: плотность межзвездного водорода очень мала, в каждом кубическом сантиметре имеется всего примерно по одному атому водорода. Это глубочайший вакуум, которого мы никогда не достигнем на Земле в самых хитроумных вакуумных насосах! Для того, чтобы набрать необходимое количество водорода, надо процедить огромные объемы вокруг ракеты. Расчеты показывают, что для того, чтобы обеспечить себя горючим, ракета должна захватывать водород из окрестностей на расстоянии до 700 километров! Как технически это можно сделать - непонятно. Какие же лопасти надо приделать ракете, чтобы она смогла загребать водород из всего этого пространства? Кроме того, надо иметь в виду, что плотность межзвездного водорода может быть в тысячи раз меньше. Тогда как? Имеются идеи и на этот счет. Одна из них состоит в том, что надо нейтральный водород превратить в электрически заряженные частицы (ионы), а их можно всасывать в ракету с помощью электрических полей. Но это только идея. Как все это осуществить практически - совершенно неясно.
Таким образом, принципиально создать межзвездные корабли можно (никакие законы природы этому не препятствуют), а практически сделать мы это еще не готовы.
Более реально уже в наше время создать автоматическую космическую станцию с задачей достичь ближайших к нам планет других звезд. Такой проект был представлен на Таллинском симпозиуме М.Я. Маровым и У.Н. Закировым. Проведенные ранее У.Н. Закировым расчеты показывают, что представляется возможным вывести контейнер с научной аппаратурой к одной из ближайших звезд. Это должно занять примерно 40–50 лет. Проект предусматривает создание пятиступенчатой ракеты. При этом первые две ступени предназначены для работы на первом участке, пока ракета ускоряется до скорости, составляющей 40 % от скорости света. Еще две ступени точно так же предназначены для осуществления торможения ракеты по мере подхода к цели. Надо иметь в виду, что при столь больших скоростях «тормозной путь» ракеты очень большой. Время торможения ракеты, точно так же, как и время ее ускорения, составит один-два года! Пятую ступень ракеты планируется использовать на последнем этапе полета для маневрирования и обеспечения посадки автоматической станции.
Принципиально новым и очень интересным является предложение авторов проекта не брать на борт станции сразу все горючее, а после использования первой ступени ракеты произвести ее дозаправку в космосе. На первый взгляд это может показаться странным - ведь для этого нам придется послать следом за ракетой (а точнее, одновременно с ней) специальный заправщик. Какой выигрыш от этого возможен? Но оказывается, возможен. Оказывается, если не проводить дозаправку в космосе, то придется первоначальную массу ракетной системы увеличить почти в десять раз! Так что, несмотря на расходы в связи с созданием специального «заправщика», игра стоит свеч. При этом вся система становится вполне реальной. Так, масса контейнера с аппаратурой (полезная нагрузка) составит примерно 450 килограммов; мacca paкeтнoй системы составит примерно 3000 тонн, что вполне реально, так как такие ракеты уже освоены при осуществлении программы освоения Луны. Разбивка массы по пяти ступеням предусматривается следующей: 2780, 293, 44, 8 и 3 тонны.
Осуществление разработанного проекта - дело непростое и недешевое. Возможен еще один вариант: использовать отработанный тритий. Но техническая сторона дела опять же до конца непонятна и, несомненно, непроста.
Что должен делать такой зонд в космосе? Установленная на нем аппаратура должна позволять исследовать межзвездную среду, местоположение планет и физические условия от них. Зонд должен давать возможность обнаруживать сигналы внеземных цивилизаций, анализировать их, выходить на связь с абонентами и т. д. То есть делать все то, что должны делать автоматические зонды в космосе, или, другими словами, зонд должен заниматься «всеми основными видами космической науки». Эти слова принадлежат исследователю проблемы зондов Брейсуэллу.
Межзвёздный полёт -- путешествие между звёздами пилотируемых аппаратов или автоматических станций. Чаще всего под межзвёздным полётом понимают пилотируемое путешествие, иногда с возможной колонизацией внесолнечных планет.
Строительство эскадры межзвездных кораблей начнется в точках Лагранжа системы Земля-Луна (точки гравитационного равновесия). Материалы по большей части могут доставляться с лунных баз - например контейнеры с ними выстреливаются электромагнитными пушками и улавливаются специальными станциями-ловушками в районе строительства. Двигатель для межзвездного корабля должен иметь тот же порядок мощности, что и вся мощность, потребляемая человечеством на сегодняшний день. Основываясь на предвидимых технологиях и ресурсных возможностях, можно дать абрис будущих межзвездных перелетов.
При рассмотрении космического корабля любого назначения удобно разделить его на две части - двигательную установку и полезную нагрузку. Под двигательной установкой принято понимать не только собственно двигатели, но и баки с топливом, необходимые силовые конструкции. Для проблематики межзвездных перелетов именно двигательная установка является ключевым фактором, определяющим осуществимость проекта. Однако проблемы создания двигательной установки выходят за рамки настоящего рассмотрения. Сейчас для нас важно то, что существуют технологии, которые в ходе своего развития могут стать приемлемыми для осуществления межзвездных перелетов. Здесь на первом месте технологии использования инерциального термоядерного синтеза для ракетного движения. На американской установке NIF (National Ignition Facility) для исследования лазерного термоядерного синтеза стоимостью 3,5 миллиардов долларов уже получены результаты, говорящие о том, что ракетный двигатель на данном принципе может быть создан. Еще более мощная установка такого типа строится у нас под Саровом. Эти установки мало похожи на ракетные двигатели, но если их условно "разрезать" пополам, избавиться от фундаментов, стенок и многого ненужного в космосе оборудования, мы получим ракетный двигатель, который может быть доведен и до межзвездного варианта. Не вдаваясь в детали, отметим, что такие двигатели по необходимости будут большими, тяжелыми и очень мощными. Двигатель для межзвездного корабля должен иметь тот же порядок мощности, что и вся мощность, потребляемая человечеством на сегодняшний день. Располагая таким двигателем (а если такого двигателя нет, то и говорить не о чем), можно более свободно себя чувствовать, рассматривая параметры полезной нагрузки. По аналогии, если для велосипедиста лишние 50 кг уже ощутимы, то тепловоз и лишние 50 тонн не заметит.
Вооружившись таким пониманием, мы можем попробовать представить первую межзвездную экспедицию. При этом придется использовать результаты расчетов и оценок, которые сделаны, но здесь, по понятным причинам, воспроизведены быть не могут.
Строительство эскадры межзвездных кораблей начнется в точках Лагранжа системы Земля-Луна (точки гравитационного равновесия). Материалы по большей части могут доставляться с лунных баз - например контейнеры с ними выстреливаются электромагнитными пушками и улавливаются специальными станциями-ловушками в районе строительства.
Один корабль - это сотни тысяч тонн полезной нагрузки, миллионы тонн - двигатели, десятки миллионов тонн - топливо. Цифры могут напугать, но, чтобы не сильно пугаться, их можно сравнить с другими крупными строительствами. Давным-давно за 20 лет была построена пирамида Хеопса весом более 6 миллионов тонн. Или уже в наши времена -- в Канаде в 1965 году был построен остров "Норт-Дам". Только грунта потребовалось 15 миллионов тонн, а постройка заняла всего 10 месяцев. Самый большой морской корабль -- Knock Nevis -- имел водоизмещение 825 614 тонн. Строительство в космосе имеет свои специфические трудности, но имеет и некоторые преимущества, например, облегчение силовых элементов из-за невесомости, практическое отсутствие ограничений по массе и размерам (на Земле достаточно большая конструкция просто раздавит сама себя).
Примерно 95% массы межзвездного корабля составит термоядерное топливо. Вероятно, в его качестве будут использоваться бороводороды, топливо -- твердое, баки не нужны, что очень улучшает характеристики корабля и облегчает его постройку. Набирать бороводороды лучше не системе Земля-Луна, а где-нибудь подальше от Солнца, в системе Сатурна, например, чтобы избежать потерь на сублимацию. Время строительства можно оценить в несколько десятков лет. Срок не так уж и велик, а кроме того, теми же строителями параллельно будут вестись и другие работы в рамках освоения Солнечной системы. Строительство лучше начинать с сооружения жилых блоков корабля, в которых и поселятся строители и другие специалисты. Заодно, за время строительства и накопления топлива будет в течение десятилетий проверена стабильность работы замкнутой системы жизнеобеспечения.
Замкнутая система жизнеобеспечения - наверное, второй по сложности вопрос после проблемы двигателей. Один человек потребляет примерно 5 кг воды, еды и воздуха в сутки, если все брать с собой, потребуется больше 200 тысяч тон припасов. Решение - повторное использование ресурсов, так как это происходит на планете Земля.
В полной мере масштаб межзвездных расстояний перелетов можно ощутить, только если заняться рассмотрением средств осуществления таких полетов. Конечно, такое рассмотрение не имеет целью "ощутить расстояние". Не может оно рассматривается и как проектирование конкретной конструкции межзвездных кораблей. Исследование вопросов межзвездных перелетов сегодня носит инженерно-теоретический характер. Нельзя доказать невозможность осуществления межзвездных перелетов, но и никому не удалость доказать их осуществимость. Выход из ситуации не прост - надо предложить такую конструкцию межзвездных кораблей, которая была бы воспринята инженерно-научным сообществом, как реализуемая.
Полеты одиночных межзвездных кораблей, являющиеся правилом в фантастической литературе, исключаются, возможен перелет только эскадры кораблей, примерно с десяток аппаратов. Это требование безопасности, а кроме того - и обеспечение разнообразия жизни за счет общения между экипажами разных кораблей.
Поле завершения строительства эскадры она перемещается к запасенным запасам топлива, стыкуется с ними и направляется в полет. По всей видимости, разгон будет очень медленным и в течение года-двух более мобильные аппараты смогут забросить на корабли то, что позабыли, и снять с борта передумавших.
Перелет продлится 100-150 лет. Медленный разгон с ускорением примерно в сотую долю земного в течение десятка лет, десятки лет полета по инерции, и несколько более быстрое, чем разгон, торможение. Быстрый разгон существенно сократил бы время перелета, но он не возможен из-за неизбежно большой массы двигательной установки.
Перелет не будет столь насыщен космическими приключениями, как описано в фантастической литературе. Внешних угроз практически нет. Облака космической пыли, завихрения пространства, провалы во времени - вся эта атрибутика угрозы не представляет ввиду ее отсутствия. Даже тривиальные метеориты крайне редки в межзвездном пространстве. Основная внешняя проблема - галактическое космическое излучение, космические лучи. Это изотропный поток ядер элементов, имеющих большую энергию и, следовательно, высокую проникающую способность. На Земле от них нас защищает атмосфера и магнитное поле, в космосе, если полет длительный, надо принимать специальные меры, экранировать жилую зону корабля так, чтобы доза космического излучения не сильно превышала земной уровень. Здесь поможет простой конструктивный прием - запасы топлива (а они очень большие) располагаются вокруг жилых отсеков и экранируют их от радиации большую часть времени перелета.
Алькубьерре
Все, что называют «варп-двигателем», отсылает нас скорее к «Звездному пути», чем к NASA. Идея варп-двигателя Алькубьерре в том, что он может быть возможным решением (или хотя бы началом его поиска) задачи преодоления ограничений вселенной, которые она накладывает на путешествия быстрее скорости света.
Основы этой идеи довольно просты, и NASA использует пример беговой дорожки для ее объяснения. Хотя человек может двигаться с конечной скоростью на беговой дорожке, совместная скорость человека и дорожки означает, что конец будет ближе, чем мог быть в случае движения по обычной дорожке. Беговая дорожка - это как раз варп-двигатель, движущийся по пространству-времени в своего рода пузыре расширения. Перед варп-двигателем пространство-время сжимается. Позади него расширяется. В теории это позволяет двигателю перемещать пассажиров быстрее скорости света. Один из ключевых принципов, связанный с расширением пространства-времени, как полагают, позволил Вселенной быстро расшириться мгновения спустя после Большого Взрыва. В теории идея должна быть вполне осуществимой.
Ужасно, когда на Земле нет Интернета и вы не можете подгрузить Google Maps на своем смартфоне. Во время межзвездных перелетов без него будет еще хуже. Выйти в космос - это только первый шаг, ученые уже сейчас начинают задумываться, что делать, когда нашим пилотируемым и беспилотным зондам потребуется передавать сообщения обратно на Землю.
В 2008 году NASA провело первые успешные испытания межзвездной версии Интернета. Проект был запущен еще в 1998 году в рамках партнерства между Лабораторией реактивного движения NASA (JPL) и Google. Спустя десять лет у партнеров появилась система Disruption-Tolerant Networking (DTN), которая позволяет отправлять изображения на космический аппарат за 30 миллионов километров.
Технология должна быть в состоянии справляться с большими задержками и перебоями в передачах, поэтому может продолжать передачу, даже если сигнал прерывается на 20 минут. Он может проходить сквозь, между или через все, от солнечных вспышек и солнечных бурь до надоедливых планет, которые могут оказаться на пути передачи данных, без потери информации.
Как говорит Винт Серф, один из основателей нашего земного Интернета и пионер межзвездного, система DTN преодолевает все проблемы, которыми болеет традиционный протокол TCIP/IP, когда ему нужно работать с большими расстояниями, в космических масштабах. С TCIP/IP поиск в Google на Марсе займет так много времени, что результаты изменятся, пока запрос будет обрабатываться, а на выходе информация будет частично утрачена. С DTN инженеры добавили что-то совершенно новенькое - возможность назначать различные доменные имена различным планетам и выбирать, на какой планете вы хотите осуществить поиск в Интернете.
Что насчет путешествия к планетам, с которыми мы пока не знакомы? Scientific American предполагает, что может быть способ, хотя и очень дорогой и трудоемкий, провести интернет к Альфе Центавра. Запустив серию самовоспроизводящихся зондов фон Неймана, можно создать длинную серию ретрансляционных станций, которые могут отправлять информацию по межзвездной цепи. Сигнал, рожденный в нашей системе, пройдет по зондам и достигнет Альфы Центавра, и наоборот. Правда, потребуется много зондов, на строительство и запуск которых уйдут миллиарды. Да и вообще, учитывая то, что самому дальнему зонду придется преодолевать свой путь тысячи лет, можно предположить, что за это время изменятся не только технологии, но и общая стоимость мероприятия. Не будем спешить.
Эмбриональная колонизация космоса
Одна из крупнейших проблем межзвездных путешествий - и колонизации в целом - заключается в количестве времени, которое необходимо, чтобы куда-нибудь добраться, даже имея в рукаве какие-нибудь варп-двигатели. Сама задача доставить группу поселенцев в пункт назначения порождает массу проблем, поэтому рождаются предложения отправить не группу колонистов с полностью укомплектованным экипажем, а скорее корабль, набитый эмбрионами - семенами будущего человечества. Как только корабль достигает нужного расстояния до пункта назначения, замороженные эмбрионы начинают расти. Потом из них выходят дети, которые растут на корабле, и когда они наконец достигают пункта назначения, у них имеются все способности зачать новую цивилизацию.
Очевидно, все это, в свою очередь, поднимает огромный ворох вопросов, вроде того, кто и как будет осуществлять взращивание эмбрионов. Роботы могли бы воспитать людей, но какими будут люди, которых вырастили роботы? Смогут ли роботы понять, что нужно ребенку, чтобы расти и процветать? Смогут ли понять наказания и поощрения, человеческие эмоции? Да и вообще, еще предстоит выяснить, как сохранять замороженные эмбрионы в целости сотни лет и как выращивать их в искусственной среде.
Одним из предложенных решений, которое может решить проблемы робота-няньки, может стать создание комбинации из корабля с эмбрионами и корабля с анабиозом, в котором спять взрослые, готовые проснуться, когда им придется растить детей. Череда лет воспитания детей вместе с возвращением к состоянию спячки может, в теории, привести к стабильной популяции. Тщательно созданная партия эмбрионов может обеспечить генетическое разнообразие, которое позволит поддерживать популяцию в более-менее устойчивом состоянии после установления колонии. В корабль с эмбрионами можно включить также дополнительную партию, которая позволит в дальнейшем еще больше разнообразить генетический фонд.
Зонды фон Неймана
Все, что мы строим и отправляем в космос, неизбежно сталкивается с собственными проблемами, и сделать что-то, что проедет миллионы километров и не сгорит, не развалится и не угаснет, кажется совершенно невозможной задачей. Впрочем, решение этой задачи, возможно, было найдено десятки лет назад. В 1940-х годах физик Джон фон Нейман предложил механическую технологию, которая будет воспроизводиться, и хотя к межзвездным путешествиям его идея не имела никакого отношения, все неизбежно к этому пришло. В результате зонды фон Неймана можно было бы использовать, в теории, для исследования огромных межзвездных территорий. По мнению некоторых исследователей, идея о том, что все это пришло нам в голову первым, не только помпезна, но и маловероятна.
Ученые из Университета Эдинбурга опубликовали работу в International Journal of Astrobiology, в которой исследовали не только возможность создания такой технологии для собственных нужд, но и вероятность того, что кто-то уже это сделал. Основываясь на предыдущих расчетах, которые показывали, насколько далеко может забраться аппарат, используя разные способы передвижения, ученые изучили, как это уравнение изменится, если его применить к самовоспроизводящимся аппаратам и зондам.
Расчеты ученых строились вокруг самовоспроизводящихся зондов, которые могли бы использовать мусор и другие материалы космоса для строительства младших зондов. Родительские и дочерние зонды умножались бы так быстро, что покрыли бы всю галактику всего за 10 миллионов лет - и это при условии, если бы они двигались на 10% скорости света. Впрочем, это означало бы, что в определенный момент нас должны были посещать какие-нибудь подобные зонды. Поскольку мы их не видели, можно подобрать удобное объяснение: либо мы недостаточно технологически развиты, чтобы знать, где искать, либо .
Рогатка с черной дырой
Идея использования гравитации планеты или луны для выстрела, как из рогатки, бралась на вооружение в нашей Солнечной системе не раз и не два, прежде всего «Вояджером-2», который получил дополнительный толчок сначала от Сатурна, а потом от Урана на пути из системы. Идея предполагает маневрирование корабля, которое позволит ему увеличить (или уменьшить) скорость по мере движения через гравитационное поле планеты. Особенно эту идею любят писатели-фантасты.
Писатель Кип Торн выдвинул идею: такой маневр может помочь аппарату решить одну из крупнейших проблем межзвездных путешествий - потребление топлива. И предложил более рискованный маневр: разгон с помощью бинарных черных дыр. Минутное сжигание топлива понадобится, чтобы пройти критическую орбиту от одной черной дыры к другой. Проделав несколько оборотов вокруг черных дыр, аппарат наберет скорость, близкую к световой. Останется только хорошо прицелиться и активировать ракетную тягу, чтобы проложить себе курс к звездам.
Маловероятно? Да. Удивительно? Определенно. Торн подчеркивает, что есть множество проблем у такой идеи, например, точные расчеты траекторий и времени, которые не позволят отправить аппарат прямо в ближайшую планету, звезду или другое тело. Также возникают вопросы о возвращении домой, но если уж вы решитесь на такой маневр, возвращаться вы точно не планируете.
Прецедент для такой идеи уже образовался. В 2000 году астрономы обнаружили 13 сверхновых, летящих по галактике с невероятной скоростью в 9 миллионов километров в час. Ученые Университета Иллинойса в Урбана-Шампань выяснили, что эти своенравные звезды были выброшены из галактики парой черных дыр, которые оказались замкнуты в пару в процессе разрушения и слияния двух отдельных галактик.
Starseed Launcher
Когда дело доходит до запуска даже самовоспроизводящихся зондов, возникает проблема потребления топлива. Это не останавливает людей от поиска новых идей того, как запускать зонды на межзвездные расстояния. Этот процесс потребовал бы мегатонны энергии, используй мы технологии, которые у нас имеются сегодня.
Форрест Бишоп из Института атомной инженерии заявил, что создал метод запуска межзвездных зондов, который потребует количества энергии, примерно эквивалентной энергии автомобильной батареи. Теоретический Starseed Launcher будет примерно 1000 километров в длину и состоять в основном из проволоки и проводов. Несмотря на свою длину, вся эта штуковина могла бы уместиться в одном грузовом судне и зарядиться от 10-вольтовой батарейки.
Часть плана включает запуск зондов, которые немногим больше микрограмма по массе и содержат лишь основную информацию, необходимую для дальнейшего строительства зондов в космосе. За ряд запусков можно запустить миллиарды таких зондов. Основная суть плана в том, что самовоспроизводящиеся зонды смогут объединиться друг с другом после запуска. Сам пусковой механизм будет оборудован сверхпроводящими катушками магнитной левитации, создающими обратную силу, обеспечивающую тягу. Бишоп говорит, что некоторые детали плана требуют проработки, вроде противодействия зондами межзвездной радиации и мусора, но в целом можно начинать строить.
Особые растения для космической жизни
Как только мы куда-нибудь соберемся, нам понадобятся способы выращивания еды и регенерации кислорода. Физик Фримен Дайсон предложил несколько интересных идей на тему того, как это можно было бы осуществить.
В 1972 году Дайсон читал свою знаменитую лекцию в лондонском колледже Биркбек. Тогда же он предположил, что с помощью некоторых генетических манипуляций можно было бы создать деревья, которые смогут не только расти, но и процветать на неприветливой поверхности, кометы, к примеру. Перепрограммируйте дерево отражать ультрафиолетовый свет и эффективнее сохранять воду, и дерево не только пустит корни и будет расти, но и достигнет немыслимых по земным меркам размеров. В одном из интервью Дайсон предположил, что в будущем, возможно, появятся черные деревья, как в космосе, так и на Земле. Деревья на основе кремния были бы более эффективны, а эффективность - это ключ к продолжительному существованию. Дайсон подчеркивает, что этот процесс будет не минутным - возможно, лет через двести мы наконец выясним, как заставить деревья расти в космосе.
Идея Дайсона не так уж и нелепа. Институт передовых концепций NASA - это целый отдел, задача которого решать проблемы будущего, и среди них задача выращивать стабильные растения на поверхности Марса. Даже тепличные растения на Марсе будут расти в чрезвычайных условиях, и ученые перебирают разные варианты, пытаясь совместить растения с экстремофилами, крошечными микроскопическими организмами, которые выживают в самых жестоких условиях на Земле. От высокогорных томатов, которые обладают встроенным сопротивлением к ультрафиолетовому свету, к бактериям, которые выживают в самых холодных, горячих и глубоких уголках земного шара, мы, возможно, однажды соберем по частям марсианский сад. Осталось только выяснить, как собрать все эти кирпичики вместе.
Локальная утилизация ресурсов
Жизнь в отрыве от земли может быть новомодной тенденцией на Земле, но когда дело доходит до месячных миссий в космосе, это становится необходимым. В настоящее время NASA занимается, помимо остального, изучением вопроса локальной утилизации ресурсов (ISRU). На космическом судне не так много места, и создание систем для использования материалов, обнаруженных в космосе и на других планетах, будет необходимо для любой долгосрочной колонизации или поездок, особенно когда пунктом назначения станет место, куда будет весьма непросто доставить груз снабжения, топливо, еду и прочее. Первые попытки демонстрации возможностей использования локальных ресурсов были предприняты на склонах гавайских вулканов и в ходе полярных миссий. В список задач входят такие пункты, как добыча топливных компонентов из пепла и другой доступной в природе местности.
В августе 2014 года NASA сделало мощное заявление, показав новые игрушки, которые отправятся на Марс со следующим марсоходом, запуск которого состоится в 2020 году. Среди инструментов в арсенале нового марсохода есть MOXIE, эксперимент по локальной утилизации ресурсов в виде марсианского кислорода. MOXIE будет забирать непригодную для дыхания атмосферу Марса (на 96% состоящую из диоксида углерода) и разделять ее на кислород и моноксид углерода. Аппарат сможет производить 22 грамма кислорода за каждый час работы. NASA также надеется, что MOXIE будет в силах продемонстрировать кое-что еще - постоянную работу без снижения продуктивности или эффективности. MOXIE может не только стать важным шагом в направлении долгосрочных внеземных миссий, но и проложить путь множеству потенциальных преобразователей вредных газов в полезные.
2suit
Воспроизводство в космосе может стать проблемным на самых разных уровнях, особенно в условиях микрогравитации. В 2009 году японские эксперименты на эмбрионах мышей показали, что даже если оплодотворение происходит в условиях ненулевой гравитации, эмбрионы, которые развиваются за пределами привычного притяжения Земли (или его эквивалента), не развиваются нормально. Когда клетки должны делиться и выполнять специальные действия, возникают проблемы. Это не значит, что оплодотворение не происходит: эмбрионы мышей, зачатые в космосе и внедренные в земных самок мышей, успешно выросли и были рождены без проблем.
Это также поднимает другой вопрос: как именно производство детей работает в условиях микрогравитации? Законы физики, особенно тот факт, что у каждого действия есть равное противодействие, делают его механику немного нелепой. Ванна Бонта, писатель, актриса и изобретатель, решила серьезно заняться этим вопросом.
И создала 2suit: костюм, в котором два человека могут укрыться и заняться производством детишек. Его даже проверили. В 2008 году 2suit был опробовал на так называемой Vomit Comet (самолете, который совершает крутые виражи и создает минутные условия невесомости). Хотя Бонта предполагает, что медовые месяцы в космосе могут стать реальными благодаря ее изобретению, у костюма есть и более практичные применения, вроде сохранения тепла тела в чрезвычайной ситуации.
Проект Longshot
Проект Longshot был составлен группой Военно-морской академии США и NASA в рамках совместной работы в конце 1980-х. Конечная цель плана заключалась в запуске кое-чего на рубеже 21 века, а именно беспилотного зонда, который отправится к Альфе Центавра. Ему потребовалось бы 100 лет, чтобы достичь своей цели. Но прежде чем он будет запущен, ему потребуются некоторые ключевые компоненты, которые тоже предстоит разработать.
Помимо коммуникационных лазеров, долговечных реакторов ядерного деления и ракетного двигателя на инерционном лазерном синтезе, были и другие элементы. Зонд должен был получить независимое мышление и функции, поскольку было бы практически невозможно поддерживать связь на межзвездных расстояниях достаточно быстро, чтобы информация оставалась релевантной по достижении пункта приема. Также все должно было быть невероятно прочным, поскольку зонд достигнет пункта назначения через 100 лет.
Longshot собирались отправить к Альфе Центавра с разными задачами. В основном он должен был собрать астрономические данные, которые позволили бы точно рассчитать расстояния до миллиардов, если не триллионов, других звезд. Но если ядерный реактор, питающий аппарат, иссякнет, миссия тоже остановится. Longshot был весьма амбициозным планом, который так и не сдвинулся с мертвой точки.
Но это не значит, что идея умерла в зародыше. В 2013 году проект Longshot II буквально оторвался от земли в виде студенческого проекта Icarus Interstellar. С момента появления оригинальной программы Longshot прошли десятилетия технологических достижений, их можно применить к новой версии, и программа в целом получила капитальный ремонт. Были пересмотрены затраты на топливо, срок миссии был урезан вдвое и весь дизайн Longshot был пересмотрен от головы до пят.
Окончательный проект станет интересным показателем того, как нерешаемая проблема меняется с добавлением новых технологий и информации. Законы физики остаются прежними, но 25 лет спустя у Longshot появилась возможность обрести второе дыхание и показать нам, каким должно быть межзвездное путешествие будущего.
По материалам listverse.com
12 апреля 2016 года знаменитый британский физик Стивен Хокинг и российский бизнесмен и меценат Юрий Мильнер объявили о выделении $100 млн на финансирование проекта Breakthrough Starshot . Целью проекта стала разработка технологий для создания космических аппаратов, способных совершить межзвездный полет к альфе Центавра.
В тысячах фантастических романов описаны гигантские фотонные звездолеты размером с небольшой (или большой) город, уходящие в межзвездный полет с орбиты нашей планеты (реже - с поверхности Земли). Но, по замыслу авторов проекта Breakthrough Starshot , все будет происходить совсем не так: в один знаменательный день две тысячи какого-то года к одной из ближайших звезд, альфе Центавра, стартует не один и не два, а сразу сотни и тысячи маленьких звездолетиков размером с ноготь и массой в 1 г. И у каждого из них будет тончайший солнечный парус площадью в 16 м 2 , который и понесет звездолет со все возрастающей скоростью вперед - к звездам.
«Выстрел к звёздам»
Основой проекта Breakthrough Starshot стала статья профессора физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филипа Любина «План для межзвездных полетов» (A Roadmap to Interstellar Flight ). Основная заявленная цель проекта состоит в том, чтобы сделать межзвездные полеты возможными уже при жизни следующего поколения людей, то есть не через столетия, а через десятилетия.
Сразу после официального анонса программы Starshot на авторов проекта обрушилась волна критики со стороны ученых и технических специалистов в различных областях. Критически настроенные эксперты отмечали многочисленные некорректные оценки и просто «белые пятна» в плане программы. Некоторые замечания были приняты во внимание, и план полета был несколько скорректирован в первой итерации.
Итак, межзвездный зонд будет представлять собой космический парусник с электронным модулем StarChip массой 1 г, соединенным сверхпрочными стропами с солнечным парусом площадью 16 м 2 , толщиной 100 нм и массой 1 г. Конечно, света нашего Солнца недостаточно, чтобы разогнать даже столь легкую конструкцию до скоростей, при которых межзвездные путешествия не будут длиться тысячелетиями. Поэтому главная изюминка проекта StarShot - это разгон с помощью мощного лазерного излучения, которое фокусируется на парусе. По оценкам Любина, при мощности лазерного луча 50–100 ГВт ускорение составит около 30 000 g, и за несколько минут зонд достигнет скорости в 20% световой. Полет к альфе Центавра продлится около 20 лет.
Вопросы без ответов: волна критики
Филип Любин в своей статье приводит численные оценки пунктов плана, однако многие ученые и специалисты относятся к этим данным весьма критически.
Конечно, для проработки столь амбициозного проекта, как Breakthrough Starshot , требуются годы работы, да и $100 млн - не такая уж и большая сумма для работы подобного масштаба. В особенности это касается наземной инфраструктуры - фазированной решетки лазерных излучателей. Установка такой мощности (50–100 ГВт) потребует гигантского количества энергии, то есть рядом нужно будет построить как минимум десяток крупных электростанций. Помимо этого, потребуется отводить от излучателей огромное количество тепла на протяжении нескольких минут, и как это делать - пока что совсем неясно. Таких вопросов без ответов в проекте Breakthrough Starshot огромное количество, однако пока что работа только началась.
«В научный совет нашего проекта входят ведущие специалисты, ученые и инженеры в различных релевантных областях, включая двух нобелевских лауреатов, - говорит Юрий Мильнер. - И я слышал весьма сбалансированные оценки реализуемости этого проекта. При этом мы, безусловно, полагаемся на совокупную экспертизу всех членов нашего научного совета, но в то же время открыты для более широкой научной дискуссии».
Под звёздными парусами
Одна из ключевых деталей проекта - это солнечный парус. В исходном варианте площадь паруса изначально составляла всего 1 м 2 , и из-за этого он мог не выдержать нагрева при разгоне в поле лазерного излучения. Новый вариант использует парус площадью 16 м 2 , так что тепловой режим будет хотя и довольно жестким, но, по предварительным оценкам, не должен расплавить или разрушить парус. Как пишет сам Филип Любин, в качестве основы для паруса планируется использовать не металлизированные покрытия, а полностью диэлектрические многослойные зеркала: «Такие материалы характеризуются умеренным коэффициентом отражения и чрезвычайно низким поглощением. Скажем, оптические стекла для волоконной оптики рассчитаны на большие световые потоки и имеют поглощение порядка двадцати триллионных на 1 мкм толщины». Добиться хорошего коэффициента отражения от диэлектрика при толщине паруса в 100 нм, а это много меньше длины волны, непросто. Но авторы проекта возлагают некоторые надежды на использование новых подходов, таких как монослои метаматериала с отрицательным показателем преломления.
Солнечный парус
Один из главных элементов проекта - солнечный парус площадью в 16 м 2 и массой всего 1 г. В качестве материала паруса рассматриваются многослойные диэлектрические зеркала, отражающие 99,999% падающего света (по предварительным расчетам этого должно хватить, чтобы парус не расплавился в поле излучения 100-ГВт лазера). Более перспективный подход, позволяющий сделать толщину паруса меньшей длины волны отражаемого света, - это использование в качестве основы паруса монослоя метаматериала с отрицательным показателем преломления (такой материал к тому же имеет наноперфорацию, что еще уменьшает его массу). Второй вариант - это использование материала не с высоким коэффициентом отражения, а с низким коэффициентом поглощения (10 −9), такого, как оптические материалы для световодов.
«Кроме того, нужно учитывать, что отражение от диэлектрических зеркал настраивается на узкий диапазон длин волн, а по мере ускорения зонда эффект Доплера сдвигает длину волны более чем на 20%, - говорит Любин. - Мы это учитывали, поэтому отражатель будет настроен примерно на двадцатипроцентную ширину полосы излучения. Мы спроектировали такие отражатели. Если необходимо, доступны и отражатели с большей шириной полосы».
Лазерная установка
Основная силовая установка звездолета не полетит к звездам - она будет расположена на Земле. Это наземная фазируемая решетка лазерных излучателей размером 1×1 км. Суммарная мощность лазеров должна составлять от 50 до 100 ГВт (это эквивалентно мощности 10–20 Красноярских ГЭС). Предполагается с помощью фазирования (то есть изменения фаз на каждом отдельном излучателе) сфокусировать излучение с длиной волны 1,06 мкм со всей решетки в пятно диаметром несколько метров на расстояниях вплоть до многих миллионов километров (предельная точность фокусировки 10 −9 радиана). Но такой фокусировке сильно мешает турбулентная атмосфера, размывающая луч в пятно размером примерно в угловую секунду (10 −5 радиана). Улучшения на четыре порядка предполагается достичь с помощью адаптивной оптики (АО), которая будет компенсировать атмосферные искажения. Лучшие системы адаптивной оптики в современных телескопах уменьшают размытие до 30 угловых миллисекунд, то есть до намеченной цели остается еще примерно два с половиной порядка. «Чтобы победить мелкомасштабную атмосферную турбулентность, фазируемая решетка должна быть разбита на очень мелкие элементы, размер излучающего элемента для нашей длины волны должен составлять не более 20–25 см, - объясняет Филип Любин. - Это минимум 20 млн излучателей, но такое количество меня не пугает. Для обратной связи в системе АО мы планируем использовать много опорных источников - бакенов - и на зонде, и на материнском корабле, и в атмосфере. Кроме того, мы будем отслеживать зонд на пути к цели. Мы также хотим использовать звезды как бакен для настройки фазирования решетки при приеме сигнала от зонда по прибытии, но для надежности будем отслеживать зонд».
Прибытие
Но вот зонд прибыл в систему альфы Центавра, сфотографировал окрестности системы и планеты (если они есть). Эту информацию нужно каким-то образом передать на Землю, причем мощность лазерного передатчика зонда ограничена единицами ватт. А через пять лет этот слабый сигнал нужно принять на Земле, выделив из фонового излучения звезды. По замыслу авторов проекта, у цели зонд маневрирует таким образом, что парус превращается в линзу Френеля, фокусирующую сигнал зонда в направлении Земли. Согласно оценкам, идеальная линза при идеальной фокусировке и идеальной ориентации усиливает сигнал мощностью 1 Вт до 10 13 Вт в изотропном эквиваленте. Но как рассмотреть этот сигнал на фоне гораздо более мощного (на 13–14 порядков!) излучения звезды? «Свет от звезды на самом деле довольно слаб, поскольку ширина линии нашего лазера очень мала. Узкая линия - ключевой фактор в сокращении фона, - говорит Любин. - Идея сделать из паруса линзу Френеля на основе тонкопленочного дифракционного элемента достаточно сложна и требует большой предварительной работы, чтобы понять, как именно лучше сделать это. Этот пункт на самом деле - один из главных в нашем плане проекта».
Межзвездный полет - вопрос не веков, а десятилетий
Юрий Мильнер ,
российский бизнесмен и меценат,
основатель фонда Breakthrough Initiatives:
За последние 15 лет произошли существенные, можно сказать, революционные продвижения по трем технологическим направлениям: миниатюризация электронных компонентов, создание нового поколения материалов, также удешевление и увеличение мощности лазеров. Сочетание этих трех тенденций приводит к теоретической возможности разогнать наноспутник до почти релятивистских скоростей. На первом этапе (5–10 лет) мы планируем провести более углубленное научно-инженерное исследование, чтобы понять, насколько этот проект реализуем. На сайте проекта есть список из примерно 20 серьезных технических проблем, без решения которых мы не сможем идти дальше. Это не окончательный список, но, опираясь на мнение научного совета, мы считаем, что первый этап проекта имеет достаточную мотивацию. Я знаю, что проект звездного паруса подвергается серьезной критике со стороны специалистов, но думаю, что позиция некоторых критически настроенных экспертов связана с не совсем точным пониманием того, что же мы реально предлагаем. Мы финансируем не полет к другой звезде, а вполне реалистичные многоцелевые разработки, связанные с идеей межзвездного зонда лишь общим направлением. Эти технологии найдут применение и для полетов в Солнечной системе, и для защиты от опасных астероидов. Но постановка столь амбициозной стратегической цели, как межзвездный полет, представляется оправданной в том смысле, что развитие технологий за последние 10–20 лет, вероятно, делает реализацию подобного проекта вопросом не веков, как многие предполагали, а скорее - десятилетий.
С другой стороны, фазированная решетка оптических излучателей / приемников излучения общей апертурой в километр - это инструмент, способный видеть экзопланеты с расстояния десятков парсек. Используя приемники с перестраиваемой длиной волны, можно определить состав атмосферы экзопланет. Нужны ли вообще в таком случае зонды? «Конечно, использование фазируемой решетки как очень большого телескопа открывает новые возможности в астрономии. Но, - добавляет Любин, - мы планируем добавить к зонду инфракрасный спектрометр в качестве более долговременной программы в дополнение к камере и другим датчикам. У нас отличная группа фотоники в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, которая является частью коллаборации».
Но в любом случае, по словам Любина, первые полеты будут совершаться в пределах Солнечной системы: «Поскольку мы можем посылать огромное количество зондов, это дает нам много разных возможностей. Мы также можем посылать подобные маленькие (wafer-scale , то есть на чипе) зонды на обычных ракетах и использовать те же технологии для изучения Земли или планет и их спутников в Солнечной системе».
Редакция благодарит газету «Троицкий вариант - наука» и ее главного редактора Бориса Штерна за помощь в подготовке статьи.
Мы познакомились с возможными физическими различиями между нами и нашими космическими собратьями. Теперь приступим к тому, что может оказаться для нас более существенным, - к интеллектуальным различиям. Эту проблему можно сформулировать так.
Загадка 1. Обогнали нас в своем развитии другие цивилизации или они отстали от нас?
Допустим, что в нашей Галактике по меньшей мере миллион «двойников» Земли, на которых существует разумная жизнь. Они образовались в различные эпохи - на миллионы лет раньше или позже нашей, - и, следовательно, находятся на разных ступенях развития. Времена динозавров, доисторического человека, ранней Римской империи - все эти эпохи истории Земли в настоящее время, возможно, «копируются», причем одновременно на нескольких планетах. Не исключено, что в свою очередь мы на Земле переживаем сейчас эру, которую другие миры миновали тысячи или даже миллионы лет назад.
Много ли цивилизаций превзошло нас в своем развитии? И насколько? То, что говорит по этому поводу Позин, отнюдь не утешительно для нашей гордости. Земля не может войти в число цивилизаций высокой или даже средней степени развития. Скорее всего мы занимаем ступень, не слишком далекую от нижнего конца эволюционной шкалы. Это вытекает из простой и, как нам кажется, неоспоримой логики.
Астрономы считают, что энергии нашего Солнца хватит по крайней мере на 10 млрд. лет. Сложив это число с возрастом Земли, оцениваемым в 5 млрд. лет, получим полное время существования Земли - 15 млрд. лет. Прошло 2,5 млрд. лет до зарождения жизни на Земле, и еще столько же - до появления человека, что в сумме составляет 1 / 3 от «выделенных» на долю Земли 15 млрд. лет. Человек, следы нецивилизованного предшественника которого удается проследить лишь на миллион лет назад, вышел из пещер и начал приобщаться к цивилизации самое большее 12 000 лет назад. Следовательно, для дальнейшего развития человечества остается 10 млрд. лет.
Если «продолжительность жизни» миллиона других планет, подобных Земле, также составляет 15 млрд. лет, их средний возраст - 7,5 млрд. лет, а средний возраст цивилизаций - 2,5 млрд. лет. Но около половины этих «двойников» Земли, то есть примерно 500 000 планет, еще старше.
Поскольку мы находимся вблизи самой нижней ступеньки малоразвитой половины, мы, вероятно, превосходим в своем развитии приблизительно 50 000 цивилизаций, но уступаем 950 000 других. Те, возраст которых 10 млрд. лет (подумать только - миллионы веков!) и которые достигли невообразимых высот в умственном развитии, вне всяких сомнений, поставили бы нас, землян, не выше искусных муравьев, живущих колониями и обнаруживающих сомнительный интеллект.
Однако наши подсчеты обитаемых миров могут оказаться ошибочными. Не исключено, что на многих планетах условия препятствуют возникновению жизни. Вероятно, что некоторые цивилизации в процессе эволюции столкнулись с препятствиями и смогли нормально развиваться лишь после длительной задержки. Часть звезд преждевременно вспыхнули как новые, нанеся тем самым непоправимый ущерб обитаемым планетам, которые обращаются вокруг них. И кто знает, сколько цивилизаций погибло в огне атомных войн?
Но даже сотни и тысячи подобных ограничений ненамного уменьшат число цивилизаций, которые старше и, по-видимому, умнее нашей. Независимо от того, как мы к этому относимся, Земля находится, вероятно, на уровне примитивной космической культуры. Существуют многие тысячи цивилизаций, которые опережают нас на большее число лет, чем требуется свету для преодоления разделяющего нас расстояния.
Загадка 2. Посещалась ли Земля инопланетными существами, которые наблюдали за нами при помощи летающих тарелок?
Большинство ученых сразу же скептически улыбнутся, услышав о летающих тарелках.
По заявлениям авторитетных специалистов, в большинстве случаев летающие тарелки всего лишь игра воображения. Особенно это относится к так называемым контактным неотождествленным летающим объектам (НЛО), которые якобы запущены с Марса, Венеры или других планет и регулярно совершают посадку на свои базы. Некоторые из них объявляли межзвездными космическими кораблями, что вызвало оживленные дискуссии об экзотических переживаниях их экипажей.
Но нельзя совершенно не учитывать мнения тех, кто считает, что НЛО, даже если они и не садились на Землю, появлялись в нашем небе. После первого сообщения Арнольда в 1947 г. специальными поисковыми группами было зарегистрировано свыше 20 000 случаев появления летающих тарелок - странных образований необычной формы либо накаленных добела объектов, мчащихся в воздухе с огромными скоростями. Ряд заслуживающих доверия специалистов - летчики, операторы радаров и даже некоторые ученые - утверждали, что они не раз наблюдали такие явления.
Главное, что показала вся кампания по проверке реальности НЛО, - это то, что в течение более чем 15 лет не было представлено ни одного убедительного доказательства их существования. Приверженцы НЛО утверждают, что некоторые фотографии осколков «взорвавшихся тарелок», странного пепельного следа позади подозрительного объекта и другие косвенные свидетельства подтверждают существование инопланетных посланцев. Но ни одно из этих «доказательств» неприемлемо ни для автора книги, ни для научной общественности в целом.
Приверженцы «летающих тарелок» позволяют себе произвольное истолкование то одного, то другого факта - и всегда в свою пользу. Если бы кто-нибудь вдруг объявил, что Земля полая, сторонники летающих тарелок были бы среди тех, кто потребовал бы доказательств. Они отвергли бы интерпретацию сейсмических записей как исчезновение звуковых волн в гигантской полости на глубине, скажем, 800 км . Они спрашивали бы, почему сотни опытных сейсмологов не получили таких результатов, и были бы совершенно правы, не признавая этой дикой теории, основанной на шатких доказательствах, приводимых ничтожной группкой фанатиков, отстаивающих свою модель полой Земли. Однако сами сторонники «летающих тарелок», по-видимому, неспособны понять порочность своей позиции, самоуверенно выдвигая легковесные и необъективные доводы.
Если в один прекрасный день летающая тарелка приземлится и весь мир увидит своими глазами, что из нее вышел космонавт с другой планеты, то ученые - и вместе с ними автор - признают свою ошибку.
Поскольку развитие техники орбитальных полетов приведет к полетам на Луну и к появлению обитаемых космических станций, наши космонавты со временем смогут ответить на вопрос, одни ли они в космосе. Не в меру фанатичные сторонники «летающих тарелок», требующие уже сегодня опознания в подозрительных объектах космических гостей, должны набраться терпения, а пока их требования совершенно беспочвенны. Если бы пришельцы имели какую-то определенную цель, скажем завоевание Земли, то, располагая чрезвычайно развитой техникой, в том числе «летающими тарелками», они давно бы ее осуществили.
Другой аргумент: пилоты намеренно предпочитают наблюдать нас издалека, так как опасаются, что их приземление вызовет панику среди обитателей Земли и, возможно, угрозу космической войны. Это попытка объяснить немаловажный факт, что ни один из кораблей-тарелок ни разу не опустился на Землю и его экипаж не вступил с нами, обитателями Земли, в прямой контакт.
Конечно, можно предполагать, что пришельцы из других миров в прошлом посещали Землю. Достаточно вспомнить, что за 10 млрд. лет многие цивилизации могли достигнуть необычайно высокого уровня развития космической техники, чтобы согласиться с возможностью многократных посещений Земли, разделенных интервалами в миллион лет. Такие визиты отнюдь не кажутся фантастическими теперь, когда человек сам готов посетить Луну и другие планеты и уже мечтает о полетах к звездам.
Итак, логика почти неумолимо подсказывает нам, что в исследовании Галактики сейчас принимают участие тысячи цивилизаций и, быть может, светофоры, регулирующие это удивительное «космическое движение», управляются из единого центра.
Загадка 3. Существует ли Космическая организация объединенных цивилизаций?
Фантазия? Но почему же, если в Галактике по крайней мере миллион обитаемых планет? Если большинство цивилизаций перегнали нас в своем развитии и уже давно разослали по всем направлениям межзвездные корабли, они рано или поздно должны были встретиться друг с другом. Возможно, имели место настоящие «войны миров» и возникали империи, военными трофеями которых были отдельные планеты. И все остальные темные деяния, совершенные человеком на Земле, могут повториться в космическом масштабе.
Вероятно, была бы разработана система космического права и образована галактическая ассамблея, включающая как представителей передовых цивилизаций, так и малоразвитых новичков. Ее сессии могут принимать резолюции, направленные на сохранение мира и сокращение разрыва в уровне развития цивилизаций, разделенных многими световыми годами.
Начало Организации объединенных цивилизаций было бы положено миллионы лет назад. И, когда делегаты нашей солнечной системы прибудут на «многолюдную» ассамблею и с изумлением оглядят инопланетных дипломатов, Земля будет одним из последних членов, только что достигших галактического статута и вышедших из числа слаборазвитых планет.
Самые видные ученые Земли не видят в этой идее ничего антинаучного, и Хойл совершенно серьезно говорит о «межзвездном клубе», в который когда-нибудь будет приглашено и человечество.
Объединение усилий различных цивилизаций для решения общегалактических задач и развития техники (начавшееся, вероятно, еще до появления на Земле первого микроорганизма), несомненно, привело бы к планомерным поискам отсталых цивилизаций, которым еще недоступны межзвездные полеты. Если на обнаруженной планете пока нет разумных существ или их культура еще слишком примитивна для решения настоящих космических задач, такая планета не может быть сочтена кандидатом в члены сообщества. Земля оказалась бы такой планетой.
Но нет никакой уверенности в том, что высокоразвитые в области космической техники, но еще не достигшие социальной зрелости цивилизации не попытались бы завоевать другие планеты. Вполне возможно, что некоторые из наших древних и самых живучих легенд обязаны своим появлением вторжению космических пришельцев.
Например, гибель легендарной Атлантиды в океане была безжалостным актом, который космические конкистадоры совершили после ее ограбления (золото, бриллианты, уран или даже железо - редкий и потому бесценный металл на их планете), скрыв следы своего преступления от бдительных патрулей «гуманной» группы цивилизаций.
Загадка 4. Был ли Тунгусский метеорит космическим кораблем с экипажем?
В июне 1908 г. на территорию Восточной Сибири упал гигантский метеорит, шум падения которого был слышан в радиусе 300 км . В отличие от Аризонского и Чаббского метеоритов он не образовал кратера, однако мощная воздушная волна повалила деревья в радиусе 80 км , как будто метеорит взорвался в воздухе еще до падения на поверхность. Но несколько экспедиций в район падения, организованных Академией наук СССР, не нашли крупных осколков гигантского метеорита, которые должны были бы упасть на Землю.
Были выдвинуты две теории, каждая из которых считает взорвавшийся объект искусственным, а именно кораблем другого мира.
Согласно первой теории, это был космический корабль с термоядерным двигателем, взорвавшийся при попытке приземлиться. Это объяснило бы огромную мощность взрывной волны; но уровень радиоактивности в области падения слишком мал, что не согласуется с этой теорией. Энергии при взрыве ядерного двигателя космического корабля, эквивалентной по меньшей мере тысяче водородных бомб, было бы достаточно, чтобы район взрыва на сотни лет превратился в атомную пустыню. Но в настоящее время эта область тайги покрыта буйной растительностью.
Другое предположение сводится к тому, что корабль прилетел из антимира. За последнее десятилетие физики-ядерщики для каждой известной элементарной частицы теоретически предсказали античастицу и многие из них уже получили экспериментально. Отрицательно заряженному электрону соответствует положительно заряженный антиэлектрон, или позитрон, протону - антипротон, нейтрону - антинейтрон и так далее для более чем тридцати частиц.
При встрече любой частицы со своей античастицей происходит их исчезновение, аннигиляция, и вся масса превращается в излучение с выделением энергии, в тысячу раз большей, чем при реакциях расщепления или синтеза атомных ядер.
Античастицы необычны только в мире нормальных частиц, а в антимире те и другие меняются ролями. Но, так как впервые античастицы были открыты в составе космических лучей, которые сыплются дождем из межзвездного пространства, разумен вопрос: а почему бы не существовать целым звездам и даже галактикам, состоящим из антивещества?
Пока галактики и «антигалактики» разделены огромными расстояниями, они могут существовать, не вызывая гибель друг друга. Однако не исключено, что излучение сталкивающихся галактик (например, в созвездии Лебедя) обязано своей огромной мощностью катастрофическим процессам аннигиляции звезд и «антизвезд».
Теперь легко видеть, какая страшная драма могла разыграться над поверхностью Земли. Проведя в пути долгие годы, возможно всю жизнь, преодолев расстояние от одной звезды до другой, неизвестные астронавты, убедившись в том, что Земля обитаема, с нетерпением готовились к посадке. Но при погружении в плотные слои земной атмосферы (на высоте около 80 км ) антивещество их корабля вступило в реакцию с газами атмосферы - и звездное путешествие закончилось чудовищной вспышкой.
Этот сверхвзрыв не рассеял атомов «на ветер». Они аннигилировали, и при этом выделилась энергия, во много раз превосходящая энергию термоядерного взрыва. Могила космонавтов отмечена лишь сплошь поваленным лесом, и не осталось никаких следов самих пришельцев или их корабля.
Эта теория великолепно объясняет загадку Тунгусского метеорита и, если она соответствует действительности, предлагает нам пример одного из редких визитов из космоса.
И все-таки это только догадки; пока никто не может дать нам ответа на вопрос, посещалась ли Земля гостями из Космоса.
Загадка 5. Станет ли космический корабль с Земли загадочной «летающей тарелкой» для жителей другой планеты?
Ближайшая к нам планетная система звезды Проксимы Центавра по крайней мере в 7500 раз дальше Плутона, на расстоянии 42 триллиона км . (Конечно, у Проксимы Центавра может вообще не быть планет, а если и есть, то они могут оказаться необитаемыми.) Трудно представить себе те огромные расстояния, которые разделяют Солнце и ближайшие звезды.
В сфере радиусом 12 световых лет (113 триллионов км ) насчитывается 18 звезд, видимых невооруженным глазом, включая две всем хорошо известные - Сириус и Процион. Очевидно, для посещения любой из этих звезд межпланетные корабли непригодны. Даже если ракета разовьет скорость 1600 км/сек и пересечет орбиту Плутона через 40 часов с момента старта, для достижения Проксимы Центавра ей потребуется 3000 лет . Следовательно, необходимы значительно более быстрые межзвездные корабли. Но даже увеличение скорости в 10 раз сократит время путешествия лишь до 300 лет. Чтобы межзвездные полеты стали возможными, скорость ракеты должна приблизиться к скорости света. Космический корабль, летящий со скоростью света (300 000 км/сек ), достиг бы Плутона всего за пять часов, а звезды ближайшей соседки Проксима Центавра - за 38 000 часов или 4,3 года. Ракеты на химическом топливе не годятся, так как для развития скорости, хотя бы равной малой доле скорости света, необходимы резервуары для горючего размером с астероиды. Ракеты с ядерными и так называемыми электростатическими ионными двигателями могли бы развить большую, но опять-таки недостаточную скорость.
Только совершенно новые типы двигателей обеспечат нас настоящими межзвездными кораблями. Среди них, возможно, будет фотонная ракета.
Подобно тому как в электростатическом ракетном двигателе источником тяги служит поток ионов высокой скорости, фотонный двигатель излучает мощный пучок световых квантов, обеспечивающий реактивную силу. Правда, некоторые специалисты по ракетной технике считают, что эти проекты нереальны, ибо потребовался бы фотонный генератор невероятных размеров и мощности.
В последние годы бурно развиваются лазеры . Эти приборы генерируют необычайно мощные пучки излучения (видимого, ультрафиолетового или инфракрасного). Ежедневно мы слышим и читаем сообщения о новых подвигах лазеров: ими в доли секунды прожигают отверстия в алмазах, режут пластинки стали. Инженеры не сомневаются, что им удастся в конце концов сосредоточить в луче лазера мощность, измеряемую миллионами ватт.
Космический корабль, оснащенный лазерным фотонным двигателем, способен развивать скорость, равную 90 % скорости света. Тогда путешествие до Проксимы Центавра займет меньше пяти, а до Сириуса (расстояние 8,6 световых лет) - около девяти лет. Если бы космонавты добровольно согласились провести свою жизнь на борту космического корабля, то можно было бы посетить все звезды в радиусе 25 световых лет в надежде найти другую планетную систему и один из миллионов «двойников» Земли, населенный разумными существами.
Но поможет ли это?..
Загадка 6. Какова вероятность обнаружить жизнь в «ближайших» окрестностях Солнца, доступных фотонной ракете?
Из всего сказанного выше следует, что эта вероятность практически равна нулю. Если оценка Струве верна и число подобных Земле планет в нашей Галактике действительно составляет один миллион, то это означает, что в среднем из 200 000 звезд только одной посчастливилось быть обладательницей семейства планет. К сожалению, как следует из расчетов Хорнера (Гейдельбергская обсерватория), в сфере радиусом 160 световых лет содержится всего 10 звезд с планетными системами. Значит, только при фантастическом везении «поблизости» от нас существует звезда, - может быть даже, это Проксима Центавра - с обитаемой планетой.
Если увеличить оценку Струве в 100 раз, то нашим космонавтам придется обследовать 2000 звезд, прежде чем найдется одна с обитаемой планетой. Более того, их путешествие будет продолжаться по меньшей мере 100 лет - больше продолжительности их жизни. Итак, из-за значительной длительности полетов, казалось бы, невозможно успешно справиться с задачей поисков братских миров. Очевидно, космонавтам не хватит жизни, чтобы преодолеть даже десятую часть пути к столь далеким звездам, а тем более посетить их и возвратиться на Землю.
Однако одно обстоятельство отодвигает этот временнóй барьер.
Загадка 7. Смогут ли космонавты преодолеть расстояние в 1000 световых лет за один год?
Если бы космический корабль смог развить скорость, равную, скажем, 99 % скорости света или больше, знаменитый парадокс «замедления времени» теории относительности Эйнштейна устранил бы временной барьер. Теоретически для человека, движущегося вместе с ракетой с такой скоростью, время в буквальном смысле замедлит ход.
В то время как часы на Земле отсчитают 1000 лет, для команды корабля пройдет 10 лет, а то и меньше, в зависимости от того, насколько его скорость близка к скорости света. Поэтому, достигнув планеты, они станут старше лишь на несколько лет. Возвращаясь с той же скоростью, они прилетят на Землю мало постаревшими, но не найдут своих родных и друзей, давно уже умерших.
Загадка 8. Сможет ли человек посещать другие миры на сверхсветовых кораблях?
Из теории относительности следует, что, если скорость тела стремится к скорости света (которая предполагается постоянной), его масса стремится к бесконечности, так что физически невозможно продолжать ускорение объекта до более высокой скорости.
Но если бы скорость света перестала играть роль сдерживающего фактора для наших космических кораблей, то солнечная система стала бы прудом, Млечный Путь - озером, межгалактическое пространство - морем, а вся Вселенная - океаном. Достаточно большая скорость сократит продолжительность путешествий со столетий до нескольких месяцев и лет.
Однако преодоление космических расстояний - чудовищно трудная задача. Даже световой год - недостаточно большая единица, когда приходится иметь дело с удаленными объектами. Все звезды, видимые на ночном небе, находятся в нашей Галактике в пределах 100 000 световых лет. Но уже ближайшая галактика в созвездии Андромеды удалена от нас на 2 300 000 световых лет, а другие миллионы и миллионы галактик - на миллиарды световых лет. Астрономам неудобно пользоваться этой единицей, и они ввели новую - парсек .
Слово «парсек» образовано из начальных слогов двух слов - параллакс и секунда. Параллакс - это величина углового смещения изображения звезды относительно звездного фона при наблюдении из диаметрально противоположных точек земной орбиты, расстояние между которыми 300 млн. км . Если параллакс (видимое смещение) равен 1 секунде дуги, то расстояние до наблюдаемого объекта равно 1 парсеку. Один парсек соответствует 3,26 световых года, или 31 триллиону км . Как видно, парсек ненамного больше светового года, поэтому астрономы часто пользуются производными от парсека единицами - килопарсеком (1000 парсек) и мегапарсеком (1 000 000 парсек). Туманность Андромеды отстоит от нас на 700 килопарсек, а группа галактик в созвездии Волос Вероники - на 25 мегапарсек (почти 90 000 000 световых лет).
При помощи радиотелескопов и 5-метрового Паломарского рефлектора границы наблюдаемой Вселенной были раздвинуты до 7,5 млрд. световых лет, то есть до 2300 мегапарсек. Таким образом, мегапарсек как единица расстояния тоже становится непригодной, и некоторые астрономы делают еще один шаг вперед и определяют размеры видимой части Вселенной величиной 2,3 гигапарсек (приставка гига означает миллиард).
Скорость, которая потребовалась бы для полета к самым далеким из известных галактик, выражается фантастическим числом; расстояние получается умножением 7,5 млрд. световых лет на тот путь, который проходит свет за год (10 триллионов км ), и составляет 75 · 10 21 км . Двигаясь в миллион раз быстрее света, космический корабль достиг бы столь удаленных объектов лишь через 750 лет.
Очевидно, даже устранение всех релятивистских ограничений не сделает приятной прогулкой такие полеты в Большой Вселенной и даже сверхсветовые корабли позволят исследовать лишь нашу собственную сравнительно небольшую Галактику и вряд ли - объекты за ее пределами.
Это в какой-то степени ответ тем, кто созерцая мириады миров, возможно обитаемых, спросит, подобно Теллеру: «Где же вы?» Нас могли бы посетить на сверхскоростных ракетах только уроженцы нашей Галактики, и даже тогда им пришлось бы потрудиться, чтобы среди каждых 200 000 звезд найти одну, окруженную планетами. Отсюда логически следует вывод, что любая планета, в том числе и Земля, не будет посещаться слишком часто за все 10 млрд. лет существования жизни.
