На этой иллюстрации изображён цилиндр О’Нила: орбитальная колония, вращающаяся вокруг другой планеты. Авторы и права: Rick Guidice / NASA.
Мечта о путешествии к другой звезде и колонизации далёкой планеты… Не будет преувеличением сказать, что она веками пленила воображение людей. С рождением современной астрономии и наступлением космической эры были даже высказаны научные предложения относительно того, как это можно осуществить. Но, конечно, жизнь в релятивистской Вселенной сопряжена с множеством проблем, для которых нет простых решений.
Из этих проблем одна из самых серьёзных связана с огромным количеством энергии, необходимой для того, чтобы доставить людей к другой звезде за срок не превышающий одной человеческой жизни. Вот почему некоторые сторонники межзвёздных путешествий рекомендуют отправлять космические корабли, которые представляют собой миниатюрные миры, способные вместить сотни или даже тысячи путешественников. Эти “Корабли поколений” (также известные как корабли-миры или межзвёздные ковчеги) – это космические корабли, которые созданы для действительно долгих путешествий.
Логика корабля поколения проста: если вы не можете путешествовать достаточно быстро, чтобы добраться до другой звёздной системы за свою жизнь, постройте судно, достаточно большое, чтобы нести всё, что вам может понадобиться для долгого путешествия. Это потребует использования на корабле надёжной двигательной установки, способной обеспечить устойчивую тягу во время ускорения и замедления, а также необходимых удобств для жизни нескольких поколений людей.
Вдобавок ко всему, корабль должен быть в состоянии обеспечить экипаж пищей, водой и пригодным для дыхания воздухом, которых хватит на века или даже тысячелетия. По всей вероятности, это будет означать создание микроклимата в замкнутой системе внутри корабля с круговоротом воды, углеродным циклом и азотным циклом. Это позволит выращивать пищу и непрерывно использовать воду и воздух.
Достижение ближайших звезд
Ближайшая к нашей Солнечной системе звезда – Проксима Центавра, звезда главной последовательности M-типа (красный карлик), находящаяся на расстоянии примерно 4,24 световых года от нас. Эта звезда является частью тройной звёздной системы, которая включает систему Альфа Центавра, двойную систему, состоящую из звезды главной последовательности, подобной Солнцу (жёлтый карлик G-типа) и звезды главной последовательности K-типа (оранжевый карлик).
Проксима Центавра не только ближайшая к нам звёздная система, но и ближайшая к Земле система, имеющая экзопланету – Проксима b. Эта землеподобная (также известная как каменистая) планета, открытие которой было совершено в 2016 году в Европейской южной обсерватории (ESO), примерно такого же размера, как и Земля (в 1,3 раза массивнее), и вращается в обитаемой зоне её звезды.
Иллюстрация, показывающая поверхность планеты Проксима b, вращающейся вокруг Проксимы Центавра. Альфа Центавра AB также видна, правее и выше. Проксима b немного массивнее Земли, а её орбита лежит в обитаемой зоне звезды. Авторы и права: M. Kornmesser / ESO.
Следующая ближайшая экзопланета, которая вращается в пределах обитаемой зоны своей звезды, – это Ross 128 b, экзопланета размером с Землю, которая вращается вокруг красного карлика, находящегося на расстоянии около 11 световых лет от нас. Далее, ближайшей, похожей на Солнце звездой, является Тау Кита, которая находится на расстоянии чуть менее 12 световых лет и имеет одного потенциально пригодного для жизни кандидата (Тау Кита е). Фактически, в пределах 50 световых лет от Земли есть 16 экзопланет, которые могут поддерживать жизнь.
Однако, путешествие даже к ближайшей звезде, с использованием современных технологий, займёт очень много времени и потребует огромного количества энергии. Чтобы добраться туда с использованием обычных двигателей, потребуется от 19 000 до 81 000 лет. Используя предложенные методы, которые были испытаны, но ещё не созданы (например, ядерные ракеты), время полёта сокращается примерно до 1000 лет.
Существуют предлагаемые методы, которые способны помочь нам достичь ближайших звёзд за одну человеческую жизнь, такие как движение с направленной энергией – например, Breakthrough Starshot. Согласно этой концепции, лёгкий парус может ускорить космический корабль весом около грамма до 20% скорости света, что позволит совершить путешествие к Альфе Центавра всего за 20 лет. Тем не менее, Starshot и подобные предложения – концепции без экипажа.
Помимо этого, единственные возможные методы отправки людей в другую звёздную систему либо технически осуществимы (но не разработаны), либо полностью теоретические (например, Варп-двигатель). Имея это в виду, многие учёные разработали предложения, в которых отказались от скорости и вместо этого сосредоточились на длительных путешествиях.
Примеры в художественной литературе
Самым ранним известным примером, по-видимому, является роман “Путешествие на Венеру” (1897) инженера и писателя-фантаста Джона Манро. В нём он пишет о том, как человечество однажды может стать межзвёздным видом:
“С сосудом, достаточно большим, чтобы вместить всё необходимое для жизни, избранная группа дам и джентльменов могла бы отправиться по Млечному Пути, и если всё пойдёт хорошо, их потомки прибудут туда в течение нескольких миллионов лет”.
Более подробно эта концепция была рассмотрена в научно-фантастическом романе 1933 года “Когда сталкиваются миры”, соавторами которого выступили Филип Уайли и Эдвин Балмер. В этой истории Земля вот-вот будет уничтожена планетами-изгоями, проходящими через Солнечную систему. Это вынуждает группу астрономов создать массивный корабль, перевозящий команду из 50 человек вместе с домашним скотом и оборудованием на новую планету.
Представьте себе жизнь на таком корабле, когда вы летите к своему новому дому. Авторы и права: Sinelab.
Роберт А. Хайнлайн также исследовал физические, психологические и социальные эффекты корабля поколений в одном из своих ранних романов “Сироты в небе”. История изначально была опубликована как две отдельные новеллы в 1941 году, но затем была переиздана в виде единого романа в 1963 году. Корабль в этой истории известен как Авангард, корабль поколений, который постоянно дрейфует в космосе после того, как мятеж привел к гибели всех лётчиков.
Спустя несколько поколений потомки забыли назначение и природу корабля и верят, что это вся их Вселенная. Основная часть экипажа всё ещё живет в цилиндре, но отдельная группа людей-мутантов живёт на верхних палубах, где сила тяжести ниже, а воздействие радиации привело к физическим изменения.
“Свидание с Рамой” Артура Кларка (1973), возможно, является самым известным примером корабля поколений в научной фантастике. В отличие от других вымышленных трактовок концепции, судно в этой истории было внеземным по происхождению! Этот массивный космический цилиндр, известный как Рама, представляет собой замкнутый мир, переносящий людей с одной стороны галактики на другую.
В “Городе пропасти” Аластера Рейнольда (2001), который является частью его серии “Космическое откровение”, большая часть истории происходит на нескольких больших межзвёздных космических кораблях. Эти корабли направляются к 61 Лебедя, звёздной системе, состоящей из двух оранжевых карликов K-типа, чтобы колонизировать мир, известный на протяжении всей серии как Sky’s Edge.
В 2002 году знаменитый писатель-фантаст Урсула К. ЛеГуин опубликовала свой собственный взгляд на последствия космических путешествий под названием “Потерянный рай” . Действие этой истории происходит на корабле Discovery, который много поколений путешествует в космосе. По мере того как те, кто помнит Землю, начинают умирать, молодое поколение начинает чувствовать, что корабль для них более осязаем, чем знания об их старом родном мире или их пункте назначения.
В романе Джеймса С. А. Кори (и последующих частях серии “Пространство”) 2011 года “Пробуждается Левиафан” фигурирует корабль поколения под названием Nauvoo. Это судно строит группа мормонов, чтобы они могли отправиться в другую звёздную систему и колонизировать там планету. Nauvoo описывается как массивный, цилиндрический и вращающийся кораблю, последнее позволяет создать там искусственную гравитацию.
Художественная иллюстрация футуристического космического корабля на орбите Земли. Авторы и права: Shutterstock.
В фильме Кима Стэнли Робина “Аврора” (2015 года) большая часть истории происходит на борту межзвёздного корабля с одноимённым названием. Робинсон описывает судно, которое использует два вращающихся тора для имитации гравитации, в то время как люди живут в ряде аналогичных земным средах. Их конечный пункт назначения – Тау Кита, звезда, похожая на Солнце, находящаяся в 12 световых годах от Земли, где они намереваются колонизировать экзолуну, вращающуюся вокруг одной из планет системы.
Предложения
С начала 20 века учёные и инженеры внесли множество предложений. Многие из этих предложений были представлены в форме исследований, в то время как другие были популяризированы в научно-фантастических романах. Самым ранним известным примером является эссе 1918 года “Абсолютная миграция” пионера ракетостроения Роберта Х. Годдарда (в честь которого назван Центр космических полётов имени Годдарда НАСА).
Экипаж провёл бы многовековое путешествие в анабиозе, а пилота будили через определённые промежутки времени для корректировки курса и технического обслуживания. Как он писал:
“Пилот должен быть разбужен или оживлён с интервалами, возможно, 10 000 лет для перелёта к ближайшим звёздам и 1 000 000 лет для больших расстояний или для других звёздных систем. Для этого следует использовать часы, работающие за счёт изменения веса (а не за счёт электрических зарядов) излучаемого вещества … Это пробуждение, конечно, необходимо для управления кораблём, если он сбился с курса”.
Он также предполагал, что атомная энергия может быть использована в качестве источника энергии; но в противном случае будет достаточно сочетания водородного и кислородного топлива, а также солнечной энергии. Основываясь на своих расчётах, Годдард оценил, что этого будет достаточно, чтобы разогнать корабль до скорости от 4,8 до 16 км/с, что составляет от 17 280 км/ч до 57 600 км/ч, или от 0,000016% до 0,00005% скорости света.
Константин Э. Циолковский, “отец космонавтики”, также обратился к идее создания космического корабля на несколько поколений в своем эссе “Будущее Земли и человечества” (1928 года). Циолковский описал космическую колонию (“Ноев ковчег”), которая будет самодостаточной и где экипажи будут находиться в бессонных условиях, пока они не достигнут пункта назначения тысячи лет спустя.
Ещё одно раннее описание корабля поколений содержится в эссе 1929 года “Мир, плоть и дьявол” Дж. Д. Бернала (изобретателя “Сферы Бернала”). В этом эссе Бернал писал об эволюции человека и его будущем в космосе, включая корабли, которые мы сегодня назвали бы кораблями поколений.
Художественная концепция звездолёта Энцмана, концепция термоядерной ракеты, предложенная в 1964 году. Авторы и права: Rick Sternbach
В 1946 году польско-американский математик Станислав Улам предложил новую идею, известную как ядерная силовая установка (ЯСУ). Как один из участников Манхэттенского проекта, Улам предвидел, как ядерные устройства будут перепрофилированы для освоения космоса. В 1955 году НАСА запустило проект Orion с целью исследования ЯСУ как средства для проведения дальних космических путешествий.
Этот проект (который официально проводился с 1958 по 1963 год) возглавляли Тед Тейлор из General Atomics и физик Фриман Дайсон из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Он был заброшен после того, как Договор об ограничении проведения ядерных испытаний (подписанный в 1963 году) установил постоянный запрет на ядерные испытания на околоземной орбите.
В 1964 году доктор Роберт Энцманн предложил наиболее подробную на сегодняшний день концепцию корабля поколений, впоследствии известного как “Звездолёт Энцмана”. Его предложение заключалось в том, что корабль, который будет использовать дейтериевое топливо для генерации термоядерных реакций, сможет достичь небольшого процента скорости света. Корабль будет иметь длину 600 метров и вмещать начальную команду из 200 человек (с возможностью расширения).
В 1970-х годах Британское межпланетное общество провело технико-экономическое обоснование межзвёздных путешествий, известное как проект “Дедал” . Это исследование призывало к созданию двухступенчатого космического корабля с двигателем на термоядерном синтезе, который мог бы совершить путешествие к звезде Барнарда (5,9 световых лет от Земли) за одну человеческую жизнь. Хотя эта концепция предназначалась для беспилотного космического корабля, исследования предоставили информацию для будущих идей для миссий с экипажем.
Например, международная организация Icarus Interstellar с тех пор попыталась оживить концепцию в форме Project Icarus. Учёные-добровольцы, создавшие группу Icarus в 2009 году (многие из которых работали в НАСА и ЕКА), надеются сделать термоядерную двигательную установку и другие передовые методы передвижения реальностью в 21 веке.
Концепция космического корабля с несколькими поколениями людей на борту, разработанная командой DSTART при поддержке ЕКА. Авторы и права: Nils Faber & Angelo Vermeulen.
Также были проведены исследования, в которых рассматривались двигатели использующие антивещество. Этот метод предполагает столкновение атомов водорода и антиводорода в реакционной камере, что даёт преимущества невероятной плотности энергии и малой массы. По этой причине Институт перспективных концепций НАСА изучает технологию в качестве возможного средства для длительных полётов.
В период с 2017 по 2019 год доктор Фредерик Марин из Астрономической обсерватории Страсбурга провёл серию очень подробных исследований необходимых параметров для корабля поколений, включая минимальный размер команды, генетическое разнообразие и размер корабля. Во всех случаях он и его коллеги полагались на новый тип числового программного обеспечения (названный HERITAGE ), который они создали сами.
Для первых двух исследований доктор Марин и его коллеги провели моделирование, которое показало, что минимальная команда должна состоять из 98 человек (максимум 500) и иметь криогенный банк спермы, яйцеклеток и эмбрионов, что обеспечит выживание, а также генетическое разнообразие.
В третьем исследовании доктор Марин и другая группа исследователей определили, что корабль поколений должен иметь длину 320 метров, радиус 224 метра и площадь искусственных земель не менее 450 м2 для ведения сельского хозяйства. Эта земля также гарантирует, что вода и воздух корабля будут повторно использоваться как часть микроклимата.
Преимущества
Основным преимуществом корабля поколений является тот факт, что он может быть построен с использованием проверенных технологий, и нам не придётся ждать значительного прогресса в технологиях. Кроме того, основная цель концепции – отказаться от проблемы скорости и массы топлива, чтобы экипаж мог в конечном итоге колонизировать другую звёздную систему.
Кроме того, корабль поколений должен также выполнять две основные цели освоения космоса: поддерживать человеческую колонию в космосе и позволить совершить путешествие к потенциально обитаемой экзопланете. Вдобавок ко всему, экипаж, численность которого исчисляется сотнями или тысячами, умножит шансы на успешную колонизацию другой планеты.
И последнее, но не менее важное: просторная среда корабля поколений позволит использовать несколько методов. Например, часть экипажа может находиться в состоянии бодрствования на протяжении всего путешествия, в то время как другая часть может находиться в криогенной заморозке. Людей также можно пробуждать по очереди, что сводит к минимуму психологические последствия длительного путешествия.
К сожалению, на этом преимущества заканчиваются и начинаются проблемы / трудности.
Недостатки
Самый очевидный недостаток корабля поколений – это огромная стоимость строительства и обслуживания таких больших космических кораблей, которая была бы непомерно высокой. Есть также опасность отправки человеческих экипажей в глубокий космос на столь длительные периоды времени. В путешествии, которое займёт столетия или тысячелетия, существует явная вероятность того, что экипаж поддастся чувству одиночества и скуки.
Кроме того, существуют физиологические проблемы, которые могут повлечь за собой изменения дял нескольких поколений. Хорошо известно, что радиационная среда в глубоком космосе существенно отличается от окружающей среды на Земле или на низкой околоземной орбите (НОО). Даже при наличии радиационной защиты длительное воздействие космических лучей может серьезно повлиять на здоровье экипажа.
Логарифмическая шкала Солнечной системы, гелиосферы и межзвёздной среды. Авторы и права: NASA / JPL.
Хотя криогенная заморозка может помочь смягчить некоторые из этих проблем, долгосрочные последствия криогенной обработки для физиологии человека ещё не известны. Это означает, что перед попыткой запуска такой миссии потребуются обширные испытания. Это только добавляет проблем к общим моральным и этическим соображениям, которые влечёт за собой эта концепция.
Наконец, существует вероятность того, что последующий технический прогресс приведёт к разработке более быстрых и более совершенных космических кораблей. Эти корабли, покинувшие Землю намного позже, смогут догнать корабль поколений ещё до того, как он достигнет пункта назначения, что сделает всё путешествие бессмысленным.
Выводы
Учитывая чистую стоимость постройки корабля поколений, риски совершить такое долгое путешествие, количество вовлечённых неизвестных и возможность того, что развитие технологий сделает его бессмысленным, следует задать вопрос: стоит ли оно того? К сожалению, как и на многие другие вопросы, касающиеся космических путешествий, у нас нет однозначного ответа.
В конце концов, если ресурсы доступны и есть желание сделать это, люди вполне могут в конечном итоге попытаться совершить такую миссию. Не будет никаких гарантий успеха, и даже если команда успешно доберётся до другой звёздной системы и колонизирует далёкую планету, пройдут тысячелетия, прежде чем кто-либо на Земле услышит об этом от своих потомков.
В данных обстоятельствах было бы разумнее просто дождаться дальнейшего технического прогресса и попытаться достичь межзвёздного пространства позже. Однако не все могут быть готовы ждать, и история имеет тенденцию помнить тех, кто бросает вызов разногласиям и рискует. И, как показали нам такие предприятия, как Mars One, нет недостатка в людях, готовых рисковать своей жизнью ради колонизации далёких миров!
Источник: universetoday.ru
