Современные технологии и открытия выводят освоение космоса на совершенно иной уровень, однако межзвездные перелеты пока еще остаются мечтой. Но так ли она нереальна и недостижима? Что мы можем уже сейчас и чего ждать в ближайшем будущем?
Изучая данные полученные с телескопа «Кеплер» астрономы обнаружили 54 потенциально обитаемые экзопланеты. Эти далекие миры находятся в обитаемой зоне, т.е. на определенном расстоянии от центральной звезды, позволяющем поддерживать на поверхности планеты воду в жидком виде.
Однако ответ на главный вопрос, одиноки ли мы во Вселенной, получить затруднительно - из-за огромной дистанции, разделяющей Солнечную систему и наших ближайших соседей. Например, «перспективная» планета Gliese 581g находится на расстоянии в 20 световых лет – это достаточно близко по космическим меркам, но пока слишком далеко для земных инструментов.
Обилие экзопланет в радиусе 100 и менее световых лет от Земли и огромный научный и даже цивилизационный интерес, которые они представляют для человечества, заставляют по-новому взглянуть на доселе фантастическую идею межзвездных перелетов.
Полет к другим звездам - это, разумеется, вопрос технологий. Более того, существуют несколько возможностей для достижения столь далекой цели, и выбор в пользу того или иного способа еще не сделан.
Человечество уже отправляло в космос межзвездные аппараты: зонды Pioneer и Voyager. В настоящее время они покинули пределы Солнечной системы, однако их скорость не позволяет говорить о сколь-нибудь быстром достижении цели. Так, Voyager 1, движущийся со скоростью около 17 км/с, даже к ближайшей к нам звезде Проксима Центавра (4,2 световых года) будет лететь невероятно долгий срок - 17 тысяч лет.
Очевидно, что с современными ракетными двигателями мы никуда дальше Солнечной системы не выберемся: для транспортировки 1 кг груза даже к недалекой Проксиме Центавра нужны десятки тысяч тонн топлива. При этом с ростом массы корабля увеличивается количество необходимого топлива, и для его транспортировки нужно дополнительное горючее. Замкнутый круг, ставящий крест на баках с химическим топливом - постройка космического судна весом в миллиарды тонн представляется совершенно невероятной затеей. Простые вычисления по формуле Циолковского демонстрируют, что для ускорения космических аппаратов с ракетным двигателем на химическом топливе до скорости примерно в 10% скорости света потребуется больше горючего, чем доступно в известной вселенной.
Реакция термоядерного синтеза производит энергии на единицу массы в среднем в миллион раз больше, чем химические процессы сгорания. Именно поэтому в 1970-х годах в НАСА обратили внимание на возможность применения термоядерных ракетных двигателей. Проект беспилотного космического корабля Дедал предполагал создание двигателя, в котором небольшие гранулы термоядерного топлива будут подаваться в камеру сгорания и поджигаться пучками электронов. Продукты термоядерной реакции вылетают из сопла двигателя и придают кораблю ускорение.
Космический корабль Дедал в сравнении с небоскребом Эмпайр стейт Билдинг
Дедал должен был взять на борт 50 тыс. тонн топливных гранул диаметром 4 и 2 мм. Гранулы состоят из ядра с дейтерием и тритием и оболочки из гелия-3. Последний составляет лишь 10-15 % от массы топливной гранулы, но, собственно, и является топливом. Гелия-3 в избытке на Луне, а дейтерий широко используется в атомной промышленности. Дейтериевое ядро служит детонатором для зажигания реакции синтеза и провоцирует мощную реакцию с выбросом реактивной плазменной струи, которая управляется мощным магнитным полем. Основная молибденовая камера сгорания двигателя Дедала должна была иметь вес более 218 тонн, камера второй ступени – 25 тонн. Магнитные сверхпроводящие катушки тоже под стать огромному реактору: первая весом 124,7 т, а вторая - 43,6 т. Для сравнения: сухая масса шаттла менее 100 т.
Полет Дедала планировался двухэтапным: двигатель первой ступени должен был проработать более 2 лет и сжечь 16 млн топливных гранул. После отделения первой ступени почти два года работал двигатель второй ступени. Таким образом, за 3,81 года непрерывного ускорения Дедал достиг бы максимальной скорости в 12,2% скорости света. Расстояние до звезды Барнарда (5,96 световых лет) такой корабль преодолеет за 50 лет и сможет, пролетая сквозь далекую звездную систему, передать по радиосвязи на Землю результаты своих наблюдений. Таким образом, вся миссия займет около 56 лет.
Несмотря на большие сложности с обеспечением надежности многочисленных систем Дедала и его огромной стоимостью, этот проект реализуем на современном уровне технологий. Более того, в 2009 году команда энтузиастов возродила работу над проектом термоядерного корабля. В настоящее время проект Икар включает 20 научных тем по теоретической разработке систем и материалов межзвездного корабля.
Таким образом, уже сегодня возможны беспилотные межзвездные полеты на расстояние до 10 световых лет, которые займут около 100 лет полета плюс время на путешествие радиосигнала обратно на Землю. В этот радиус укладываются звездные системы Альфа Центавра, Звезда Барнарда, Сириус, Эпсилон Эридана, UV Кита, Росс 154 и 248, CN Льва, WISE 1541-2250. Как видим, рядом с Землей достаточно объектов для изучения с помощью беспилотных миссий. Но если роботы найдут что-то действительно необычное и уникальное, например, сложную биосферу? Сможет ли отправиться к далеким планетам экспедиция с участием людей?
Полет длинною в жизнь
Если беспилотный корабль мы можем начинать строить уже сегодня, то с пилотируемым дело обстоит сложнее. Прежде всего остро стоит вопрос времени полета. Возьмем ту же звезду Барнарда. К пилотируемому полету космонавтов придется готовить со школьной скамьи, поскольку даже если старт с Земли состоится в их 20-летие, то цели полета корабль достигнет к 70-летию или даже 100-летию (учитывая необходимость торможения, в котором нет нужды в беспилотном полете). Подбор экипажа в юношеском возрасте чреват психологической несовместимостью и межличностными конфликтами, а возраст в 100 не дает надежду на плодотворную работу на поверхности планеты и на возвращение домой.
Однако есть ли смысл возвращаться? Многочисленные исследования НАСА приводят к неутешительному выводу: длительное пребывание в невесомости необратимо разрушит здоровье космонавтов. Так, работа профессора биологии Роберта Фиттса с космонавтами МКС показывает, что даже несмотря на активные физические упражнения на борту космического корабля, после трехлетней миссии на Марс крупные мышцы, например икроножные, станут на 50% слабее. Аналогично снижается и минеральная плотность костной ткани. В результате трудоспособность и выживаемость в экстремальных ситуациях уменьшается в разы, а период адаптации к нормальной силе тяжести составит не менее года. Полет же в невесомости на протяжении десятков лет поставит под вопрос сами жизни космонавтов. Возможно, человеческий организм сможет восстановиться, например, в процессе торможения с постепенно нарастающей гравитацией. Однако риск гибели все равно слишком высок и требует радикального решения.
Тор Стенфорда – колоссальное сооружение с целыми городами внутри вращающегося обода.
К сожалению, решить проблему невесомости на межзвездном корабле не так просто. Доступная нам возможность создания искусственной силы тяжести при помощи вращения жилого модуля имеет ряд сложностей. Чтобы создать земную гравитацию, даже колесо диаметром 200 м придется вращать со скоростью 3 оборота в минуту. При таком быстром вращении сила Кариолиса будет создавать совершенно непереносимые для вестибулярного аппарата человека нагрузки, вызывая тошноту и острые приступы морской болезни. Единственное решение этой проблемы - Тор Стенфорда, разработанный учеными Стенфордского университета в 1975 году. Это - огромное кольцо диаметром 1,8 км, в котором могли бы жить 10 тыс. космонавтов. Благодаря своим размерам оно обеспечивает силу тяжести на уровне 0.9-1,0 g и вполне комфортное проживание людей. Однако даже на скорости вращения ниже, чем один оборот в минуту, люди все равно будут испытывать легкий, но ощутимый дискомфорт. При этом если подобный гигантский жилой отсек будет построен, даже небольшие сдвиги в развесовке тора повлияют на скорость вращения и вызовут колебания всей конструкции.
Сложной остается и проблема радиации. Даже вблизи Земли (на борту МКС) космонавты находятся не более полугода из-за опасности радиационного облучения. Межпланетный корабль придется оснастить тяжелой защитой, но и при этом остается вопрос влияния радиации на организм человека. В частности, на риск онкологических заболеваний, развитие которых в невесомости практически не изучено. В начале этого года ученый Красимир Иванов из Германского аэрокосмического центра в Кельне опубликовал результаты интересного исследования поведения клеток меланомы (самой опасной формы рака кожи) в невесомости. По сравнению с раковыми клетками, выращенными при нормальной силе тяжести, клетки, проведшие в невесомости 6 и 24 часа, менее склонны к метастазам. Это вроде бы хорошая новость, но только на первый взгляд. Дело в том, что такой «космический» рак способен находиться в состоянии покоя десятилетия, и неожиданно масштабно распространяться при нарушении работы иммунной системы. Кроме этого, исследование дает понять, что мы еще мало знаем о реакции человеческого организма на длительное пребывание в космосе. Сегодня космонавты, здоровые сильные люди, проводят там слишком мало времени, чтобы переносить их опыт на длительный межзвездный перелет.
В любом случае корабль на 10 тыс. человек – сомнительная затея. Для создания надежной экосистемы для такого числа людей нужно огромное количество растений, 60 тыс. кур, 30 тыс. кроликов и стадо крупного рогатого скота. Только это может обеспечить диету на уровне 2400 калорий в день. Однако все эксперименты по созданию таких замкнутых экосистем неизменно заканчиваются провалом. Так, в ходе крупнейшего эксперимента «Биосфера-2» компании Space Biosphere Ventures была построена сеть герметичных зданий общей площадью 1,5 га с 3 тыс. видами растений и животных. Вся экосистема должна была стать самоподдерживающейся маленькой «планетой», в которой жили 8 человек. Эксперимент длился 2 года, но уже после нескольких недель начались серьезные проблемы: микроорганизмы и насекомые стали неконтролируемо размножаться, потребляя кислород и растения в слишком больших количествах, также оказалось, что без ветра растения стали слишком хрупкими. В результате локальной экологической катастрофы люди начали терять вес, количество кислорода снизилось с 21% до 15%, и ученым пришлось нарушить условия эксперимента и поставлять восьмерым «космонавтам» кислород и продукты.
Таким образом, создание сложных экосистем представляется ошибочным и опасным путем обеспечения экипажа межзвездного корабля кислородом и питанием. Для решения этой проблемы понадобятся специально сконструированные организмы с измененными генами, способные питаться светом, отходами и простыми веществами. Например, большие современные цеха по производству пищевой водоросли хлореллы могут производить до 40 т суспензии в сутки. Один полностью автономный биореактор весом несколько тонн может производить до 300 л суспензии хлореллы в сутки, чего достаточно для питания экипажа в несколько десятков человек. Генетически модифицированная хлорелла могла бы не только удовлетворять потребности экипажа в питательных веществах, но и перерабатывать отходы, включая углекислый газ. Сегодня процесс генетического инжиниринга микроводорослей стал обычным делом, и существуют многочисленные образцы, разработанные для очистки сточных вод, выработки биотоплива и т.д.
Замороженный сон
Практически все вышеперечисленные проблемы пилотируемого межзвездного полета могла бы решить одна очень перспективная технология – анабиоз или как его еще называют криостазис. Анабиоз - это замедление процессов жизнедеятельности человека как минимум в несколько раз. Если удастся погрузить человека в такую искусственную летаргию, замедляющую обмен веществ в 10 раз, то за 100-летний полет он постареет во сне всего на 10 лет. При этом облегчается решение проблем питания, снабжения кислородом, психических расстройств, разрушения организма в результате воздействия невесомости. Кроме того, защитить отсек с анабиозными камерами от микрометеоритов и радиации проще, чем обитаемую зону большого объема.
К сожалению, замедление процессов жизнедеятельности человека – это чрезвычайно сложная задача. Но в природе существуют организмы, способные впадать в спячку и увеличивать продолжительность своей жизни в сотни раз. Например, небольшая ящерица под названием сибирский углозуб способна впадать в спячку в тяжелые времена и десятилетиями оставаться в живых, даже будучи вмороженной в глыбу льда с температурой минус 35-40°С. Известны случаи, когда углозубы проводили в спячке около 100 лет и, как ни в чем не бывало, оттаивали и убегали от удивленных исследователей. При этом обычная «непрерывная» продолжительность жизни ящерицы не превышает 13 лет. Удивительная способность углозуба объясняется тем, что его печень синтезирует большое количество глицерина, почти 40 % от веса тела, что защищает клетки от низких температур.
Главное препятствие для погружения человека в криостазис – вода, из которой на 70% состоит наше тело. При замерзании она превращается в кристаллики льда, увеличиваясь в объеме на 10%, из-за чего разрывается клеточная мембрана. Кроме того, по мере замерзания растворенные внутри клетки вещества мигрируют в оставшуюся воду, нарушая внутриклеточные ионообменные процессы, а также организацию белков и других межклеточных структур. В общем, разрушение клеток во время замерзания делают невозможным возвращение человека к жизни.
Однако существует перспективный путь решения этой проблемы - клатратные гидраты. Они были обнаружены в далеком 1810 году, когда британский ученый сэр Хэмфри Дэви подал в воду хлор под высоким давлением и стал свидетелем образования твердых структур. Это и были клатратные гидраты – одна из форм водяного льда, в который включен посторонний газ. В отличие от кристаллов льда, клатратные решетки менее твердые, не имеют острых граней, зато имеют полости, в которые могут «спрятаться» внутриклеточные вещества. Технология клатратного анабиоза была бы проста: инертный газ, например, ксенон или аргон, температура чуть ниже нуля, и клеточный метаболизм начинает постепенно замедляться, пока человек не впадает в криостазис. К сожалению, для образования клатратных гидратов требуется высокое давление (около 8 атмосфер) и весьма высокая концентрация газа, растворенного в воде. Как создать такие условия в живом организме, пока неизвестно, хотя некоторые успехи в этой области есть. Так, клатраты способны защитить ткани сердечной мышцы от разрушения митохондрий даже при криогенных температурах (ниже 100 градусов Цельсия), а также предотвратить повреждение клеточных мембран. Об экспериментах по клатратному анабиозу на людях речь пока не идет, поскольку коммерческий спрос на технологии криостазиса невелик и исследования на эту тему проводятся в основном небольшими компаниями, предлагающими услуги по заморозке тел умерших.
Полет на водороде
В 1960 году физик Роберт Бассард предложил оригинальную концепцию прямоточного термоядерного двигателя, который решает многие проблемы межзвездного перелета. Суть заключается в использовании водорода и межзвездной пыли, присутствующих в космическом пространстве. Космический корабль с таким двигателем сначала разгоняется на собственном горючем, а затем разворачивает огромную, диаметром тысячи километров воронку магнитного поля, которое захватывает водород из космического пространства. Этот водород используется в качестве неисчерпаемого источника топлива для термоядерного ракетного двигателя.
Применение двигателя Бассарда сулит огромные преимущества. Прежде всего за счет «дармового» топлива есть возможность двигаться с постоянным ускорением в 1 g, а значит - отпадают все проблемы, связанные с невесомостью. Кроме того двигатель позволяет разогнаться до огромной скорости - в 50% от скорости света и даже больше. Теоретически, двигаясь с ускорением в 1 g, расстояние в 10 световых лет корабль с двигателем Бассарда может преодолеть примерно за 12 земных лет, причем для экипажа из-за релятивистских эффектов прошло бы всего 5 лет корабельного времени.
К сожалению, на пути создания корабля с двигателем Бассарда стоит ряд серьезных проблем, которые нельзя решить на современном уровне технологий. Прежде всего необходимо создать гигантскую и надежную ловушку для водорода, генерирующую магнитные поля гигантской силы. При этом она должна обеспечивать минимальные потери и эффективную транспортировку водорода в термоядерный реактор. Сам процесс термоядерной реакции превращения четырех атомов водорода в атом гелия, предложенный Бассардом, вызывает немало вопросов. Дело в том, что эта простейшая реакция трудноосуществима в прямоточном реакторе, поскольку она слишком медленно идет и, в принципе, возможна только внутри звезд.
Однако прогресс в изучении термоядерного синтеза позволяет надеяться, что проблема может быть решена, например, использованием «экзотических» изотопов и антиматерии в качестве катализатора реакции.
Пока изыскания на тему двигателя Бассарда лежат исключительно в теоретической плоскости. Необходимы расчеты, базирующиеся на реальных технологиях. Прежде всего, нужно разработать двигатель, способный произвести энергию, достаточную для питания магнитной ловушки и поддержания термоядерной реакции, производства антиматерии и преодоления сопротивления межзвездной среды, которая будет тормозить огромный электромагнитный «парус».
Антиматерия в помощь
Возможно, это звучит странно, но сегодня человечество ближе к созданию двигателя, работающего на антиматерии, чем к интуитивно понятному и простому на первый взгляд прямоточному двигателю Бассарда.
Зонд разработки Hbar Technologies будет иметь тонкий парус из углеродного волокна, покрытого ураном 238. Врезаясь в парус, антиводород будет аннигилировать и создавать реактивную тягу.
В результате аннигиляции водорода и антиводорода образуется мощный поток фотонов, скорость истечения которого достигает максимума для ракетного двигателя, т.е. скорости света. Это идеальный показатель, который позволяет добиться очень высоких околосветовых скоростей полета космического корабля с фотонным двигателем. К сожалению, применить антиматерию в качестве ракетного топлива очень непросто, поскольку во время аннигиляции происходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, которое убьет космонавтов. Также пока не существует технологий хранения большого количества антивещества, да и сам факт накопления тонн антиматерии, даже в космосе далеко от Земли, является серьезной угрозой, поскольку аннигиляция даже одного килограмма антиматерии эквивалентна ядерному взрыву мощностью 43 мегатонны (взрыв такой силы способен превратить в пустыню треть территории США). Стоимость антивещества является еще одним фактором, осложняющим межзвездный полет на фотонной тяге. Современные технологии производства антивещества позволяют изготовить один грамм антиводорода по цене в десяток триллионов долларов.
Однако большие проекты по исследованию антиматерии приносят свои плоды. В настоящее время созданы специальные хранилища позитронов, «магнитные бутылки», представляющие собой охлажденные жидким гелием емкости со стенками из магнитных полей. В июне этого года ученым ЦЕРНа удалось сохранить атомы антиводорода в течение 2000 секунд. В Университете Калифорнии (США) строится крупнейшее в мире хранилище антивещества, в котором можно будет накапливать более триллиона позитронов. Одной из целей ученых Калифорнийского университета является создание переносных емкостей для антивещества, которые можно использовать в научных целях вдали от больших ускорителей. Этот проект пользуется поддержкой Пентагона, который заинтересован в военном применении антиматерии, так что крупнейший в мире массив магнитных бутылок вряд ли будет ощущать недостаток финансирования.
Современные ускорители смогут произвести один грамм антиводорода за несколько сотен лет. Это очень долго, поэтому единственный выход: разработать новую технологию производства антиматерии или объединить усилия всех стран нашей планеты. Но даже в этом случае при современных технологиях нечего и мечтать о производстве десятков тонн антиматерии для межзвездного пилотируемого полета.
Однако все не так уж печально. Специалисты НАСА разработали несколько проектов космических аппаратов, которые могли бы отправиться в глубокий космос, имея всего один микрограмм антивещества. В НАСА полагают, что совершенствование оборудования позволит производить антипротоны по цене примерно 5 млрд долл. за 1 грамм.
Американская компания Hbar Technologies при поддержке НАСА разрабатывает концепцию беспилотных зондов, приводимых в движение двигателем, работающем на антиводороде. Первой целью этого проекта является создание беспилотного космического аппарата, который смог бы менее чем за 10 лет долететь к поясу Койпера на окраине Солнечной системы. Сегодня долететь в такие удаленные точки за 5-7 лет невозможно, в частности, зонд НАСА New Horizons пролетит сквозь пояс Койпера через 15 лет после запуска.
Зонд, преодолевающий расстояние в 250 а.е. за 10 лет, будет очень маленьким, с полезной нагрузкой всего 10 мг, но ему и антиводорода потребуется немного – 30 мг. Теватрон выработает такое количество за несколько десятилетий, и ученые смогли бы протестировать концепцию нового двигателя в ходе реальной космической миссии.
Предварительные расчеты также показывают, что подобным образом можно отправить небольшой зонд к Альфе Центавра. На одном грамме антиводорода он долетит к далекой звезде за 40 лет.
Может показаться, что все вышеописанное - фантастика и не имеет отношения к ближайшему будущему. К счастью, это не так. Пока внимание общественности приковано к мировым кризисам, провалам поп-звезд и прочим актуальным событиям, остаются в тени эпохальные инициативы. Космическое агентство НАСА запустило грандиозный проект 100 Year Starship, который предполагает поэтапное и многолетнее создание научного и технологического фундамента для межпланетных и межзвездных полетов. Эта программа не имеет аналогов в истории человечества и должна привлечь ученых, инженеров и энтузиастов других профессий со всего мира. С 30 сентября по 2 октября 2011 года в Орландо (штат Флорида) состоится симпозиум, на котором будут обсуждаться различные технологии космических полетов. На основании результатов таких мероприятий специалисты НАСА будут разрабатывать бизнес-план по оказанию помощи определенным отраслям и компаниям, которые разрабатывают пока отсутствующие, но необходимые для будущего межзвездного перелета технологии. Если амбициозная программа НАСА увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный корабль, а по Солнечной системе мы будем перемещаться с такой же легкостью, как сегодня перелетаем с материка на материк.
Почти с первых шагов космонавтики стало ясно, что Солнечная система находится в пределах досягаемости космических аппаратов и кораблей, которые могут быть созданы при современном уровне техники, и, следовательно, люди смогут если не высадиться, то, во всяком случае, добраться до любой из ее планет. Но одновременно стало проясняться, что здесь "дома", в Солнечной системе, скорее всего, ничего необычного мы не найдем. Маловероятно, чтобы по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании физической картины мира, в котором мы живем. Значит, звезды и звездные корабли. Какие проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью? Первая проблема - время. Даже если бы мы смогли построить звездный корабль, который сможет лететь. Я со скоростью, близкой к скорости света (скажем, со скоростью порядка 0,7 с), время путешествий по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, Так как диаметр ее составляет около 100 тыс. световых лет. Что остается даже от "замороженных" космонавтов к концу путешествия? Или от зародышей? Да и допустимо ли решать судьбу еще не родившихся людей? И даже если решить эту проблему, то ведь после путешествия они вернутся в совершенно чуждый им мир. Полет к звездам всегда будет практически не путешествием, а полетом в одну сторону. Для окружающих, родных и друзей это будет чем-то близким к самоубийству. Вторая проблема - опасные потоки газа и пыли. Пространство между звездами не пусто. Везде есть остатки газа, пыли, потоки частиц. При движении звездного корабля со скоростью, близкой к скорости света, эти остатки газа и пыли создадут поток высокой энергии, который будет воздействовать на корабль и от которого практически невозможно будет защититься. Воздействие этого потока приведет к испарению любого защитного экрана и к недопустимо высоким мощностям дозы радиации. Третья проблема - энергетика. Если в ракетном двигателе корабля использовать наиболее эффективную термоядерную реакцию, то для путешествия в оба конца со скоростью порядка скорости света, даже при идеальной конструкции, требуется отношение начальной массы к конечной не хуже 1030, что нереально. Что же касается создания фотонного двигателя для звездного корабля, использующего аннигиляцию материи, то здесь пока видны одни проблемы и не видно решения. Тем не менее, попробуем представить себе галактический фотонный корабль, способный лететь со скоростью, достаточно близкой к скорости света, чтобы снять проблемы времени. Собственное время полета космонавтов туда и обратно в путешествии на расстояние порядка половины диаметра нашей Галактики при оптимальном графике полета (непрерывный разгон, а затем непрерывное торможение) составит (по часам на корабле) 42 года. По часам на Земле при этом пройдет 100 тыс. лет. Предположим, что нам удалось получить идеальный процесс в фотонном двигателе, мы сделали идеальную конструкцию с нулевой массой баков (чего, конечно, быть не может, но это только означает, что на самом деле результаты будут значительно хуже), и попробуем оценить некоторые параметры такого, идеального корабля. Отношение начальной массы к конечной составит 7Х1018. Это означает, что при массе жилых и рабочих помещений и оборудования (т.е. всего того, что везет корабль) всего 100 т стартовая масса составит 1021 т. Это больше массы Луны. Причем половина этой массы - антивещество. Чтобы обеспечить ускорение, равное g, двигатель должен будет развить тягу, равную 1024 кгс. Для получения такой тяги в фокусе зеркала фотонного двигателя нужно будет разместить источник излучения (работающий за счет реакции аннигиляции) с мощностью порядка 1040 эрг/с. Напомним, что мощность излучения нашего Солнца составляет. Величину порядка 4Х1033 эрг/с. Таким образом, в фокусе зеркала фотонного двигателя нужно зажечь миллионы Солнц! Параметры фотонного корабля получились бы существенно лучше, если бы оказалось возможным создать гипотетический корабль с прямоточным фотонным двигателем, который вез бы с собой только антивещество. Но и в этом случае оценка показывает необходимость достижения невозможных результатов - в фокусе зеркала даже такого двигателя нужно было бы зажечь сотни Солнц. И при всем том останутся проблемы времени и защиты от потоков газа и частиц. Из сегодняшних представлений о мире складывается впечатление: нельзя решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света. Похоже, бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции. Нужно найти способ межзвездных путешествий, не связанный с необходимостью транспортировки материального тела. Мы приходим к идее, давно используемой в фантастике (что само по себе не должно смущать, так как не раз глубокие идеи высказывались впервые именно в фантастической литературе), о путешествиях разумных существ в виде пакета информации. Электромагнитные волны распространяются практически без потерь во всей наблюдаемой Вселенной. Возможно, здесь и есть ключ к межзвездным полетам. Если не впадать в мистику, то следует признать, что личность современного "органического" человека нельзя отделить от тела. Но можно представить себе специально сконструированного человека, у которого личность может отделяться от тела, аналогично тому, как математическое обеспечение может быть отделено от конструкции современных ЭВМ. Если пакет информации, являющийся полным описанием его личности, его индивидуальности, может быть переписан с его полей оперативных операций и запоминающих устройств, то этот пакет информации может быть и передан по радиолинии на приемную станцию назначения, а там переписан в стандартный материальный носитель (или выбираемый по прейскуранту, или...), в котором путешественник уже на месте сможет жить, действовать, удовлетворять свое любопытство. Во время передачи его пакета информации человек не живет. Чтобы он мог жить, его личность, его пакет информации должен быть размещен в материальном носителе. Его личность, если угодно его дух, может существовать только на материальных полях операций и запоминающих устройств. Такой способ решения задачи о полете к звездам стал бы реализацией сюжетов не только современной фантастики, но и древних миров, сказок, преданий о вознесениях на небо и о свержениях в ад, о летающей посуде и о мирах, где люди то являются, то исчезают, о переселениях душ, был бы решением философских споров и размышлений о сути человека, о бренности телесной оболочки и о сути бытия. Что есть человек? Что есть истина? Интересно, что выдающиеся философы в разные времена путем логического анализа (основанного не на знании) приходили к вполне современным представлениям о соотношении между сутью и телом человека. Жизнь человека - это жизнь его души, это бьющаяся в беспомощных усилиях мысль о себе ("что я"?), о мире вне себя и в себе, эстетическое наслаждение красотой и отторжение примитива и неправды, это свобода мысли и анализа. Мы здесь, мы живем, пока способны размышлять, оценивать, перерабатывать информацию и генерировать ее. Остальное во мне, мое тело - для обслуживания. Головной мозг - это поле математических операций над символами, числами, понятиями, правилами и алгоритмами. Эти операции обеспечивают синтез поступающей информации и ее анализ. Сложившиеся в данном человеке алгоритмы обработки, анализа и оценки информации определяют его эстетику и самовосприятие, определяют его ощущение собственного существования. Конечно, эти операции выполняются по определенным для данного человека правилам. Эти правила постепенно формируются в мозгу данного человека (в результате его опыта получения и переработки информации, его опыта собственной деятельности и ее оценки) и записываются на полях математических операций и на запоминающих устройствах его мозга. Причем с течением жизни эти правила могут совершенствоваться, меняться (как меняется человек с течением его жизни), портиться и т. д. Записанные на материальном носителе, они как бы становятся материальными. Но сами операции, мысли, наши переживания - это нечто такое, что нельзя взять в руки. Человек во все времена пытался материализовать это "нечто" в виде звуков, слов, рассказов, рукописей, книг. Но всегда это оказывалось лишь тенью, слабым отражением этого "нечто". Подавляющее большинство людей, почти все и почти всегда, не различали свое "я" и свое тело. И всегда стремились получше устроить именно тело. В общем-то, не зря: без питания умирает головной мозг, распадается поле операций, исчезает личность. В то же время в здоровом теле "компьютер" работает с меньшим количеством сбоев, с большей скоростью (за счет параллельно идущих операций и вообще за счет лучших алгоритмов), обеспечивается большая внутренняя устойчивость к внешним угрозам и осложнениям. И главное, обеспечивается ясность мышления. Может быть, поэтому стремление получше устроить свое тело из поколения в поколение оставалось главной движущей силой человеческого рода. Оно определяло и грабительские походы, и создание новых технологий, и стремление к лучшей организации жизни общества (в том числе и методом "ограбим богатых", замаскированного лозунгом "долой эксплуатацию"). Дома, автомобили, самолеты, газ и электричество, вычислительная техника родились из этого стремления. Стремление устроить получше свое тело было и остается пока главным движителем в жизни людей. А ведь на самом деле все это вторичное. Наше "я", наша индивидуальность, наша суть, наше бытие - это не материальная оболочка. Нет ничего противоречащего нашему восприятию мира в мысли о принципиальной возможности разделения индивидуальности и ее материального носителя. Поэтому с инженерной точки зрения представляется возможным сконструировать такого человека, душа которого может "отделяться" от тела, можно сконструировать мир, где человек практически мгновенно (скажем, в пределах Солнечной системы) может перемещаться с одной планеты на другую. Допустимо ли создавать такое существо? Имеем ли мы на это право? Какие стимулы мы можем заложить в него? Именно в этих вопросах главная проблема Мы - дело другое, скорее всего, продукт органической эволюции. В нас глубоко заложен инстинкт жизни, инстинкт продолжения рода. Вид, у которого этого инстинкта не было или он был недостаточно развит, не выживал в условиях естественного отбора. Да что там естественный отбор! Когда с возрастом, здоровьем, условиями жизни умирает этот инстинкт, у человека пропадает желание жить. А какой же стимул жизни мы сможем предложить нашему творению? Любопытство? Желание быть полезным людям, создавшим его тело (бренное и сменяемое) и воспитавшим его личность и душу? Желание выявиться в исследованиях мира, в сверхдальних путешествиях, в создании приемо-передающих станций для путешествий, в строительстве космических околозвездных баз? Убедительны ли эти стимулы? Откуда ему взять привязанность и любовь к ближним? Как воспитать его, чтобы он не оказался монстром с нелепыми и бессмысленными устремлениями к власти, к возможности давать указания, воспитывать и слыть благодетелем? Или наоборот, чтобы он не оказался инфантильным безынициативным существом, равнодушным к миру, к ближним и к самому себе. И конечно, громадные технические проблемы. Как мы мыслим? Как создаются стереотипы наших реакций, поведения, оценок, как возникает наша индивидуальность? Скорее всего, алгоритмы восприятия окружающего мира, анализа, мышления создаются в каждом человеке заново и в той или иной степени по-иному. Их характер определяется семьей, приятелями и врагами, школой, структурой общества, радостями, огорчениями и удачами его детства. В обществе рабов вырастают рабы, в обществе свободных людей - свободные. С этой точки зрения очень опасно стандартизировать приемы воспитания. Это самое страшное, что можно сделать для своего будущего. Человечество может быть сильным только различностью, разнообразием, своими индивидуальностями. Конечно, некоторые основы должны быть общими: люби ближнего своего, не укради, не убей, не пожелай... Но готовить человека по стандарту - готовить собственную гибель.Как, не разобравшись во всех этих вещах, приступать к созданию искусственного интеллекта?
Но мысль об этом вошла уже в сознание. Пожалуй, самой популярной среди самых любопытных и предприимчивых стала задача создания искусственного интеллекта. Надо думать, это дело пойдет. Появятся и более понятные трудности. Если передавать личность на галактические расстояния, то придется создавать антенны с размерами порядка километров и передатчики с мощностью порядка 100 млн. кВт. Тем самым для реализации такого способа галактических путешествий необходимо создать приемные и передающие станции (например, в радиодиапазоне), развезти их (например, с помощью автоматических космических аппаратов) к возможным пунктам назначения (как правило, невдалеке от какой-либо звезды - для обеспечения приемопередающих станций энергией). При этом можно развозить приемопередающие станции, а можно только технологию, минимальный набор инструментов и роботов для изготовления их на месте назначения. Скорости космических аппаратов, которые уже летают в Солнечной системе, составляют десятки километров в секунду. Возможно достижение скоростей порядка сотен и даже тысяч километров в секунду. Но это означает, что время "развозки" станций по Галактике составит миллионы и даже сотни миллионов лет. Доставка станций с такими скоростями даже к ближайшим звездам, находящимся от нас на расстояниях десятков световых лет, потребует тысячелетий и десятков тысячелетий. За это время может быть утерян интерес к самому предприятию. Можно представить и другой путь осуществления звездных путешествий: выйти на связь с другими цивилизациями, передать им информацию о строительстве приемопередающей станции, пригодной для приема "наших" людей, информацию, необходимую для изготовления материального носителя для "нашего" человека, пакет информации с "нашим" путешественником, наладить с ними обмен информацией. Размышления о звездных полетах позволяют выделить несколько перспективных направлений работ, которые целесообразно проводить в ближайшие десятилетия. К ним относятся: создание все более и более крупных радиотелескопов с выходом на размеры порядка километров, разработка космических роботов, конструкции и идеологии космических "маяков", исследование возможности создания искусственного интеллекта, поиск выходных каналов связи других цивилизаций в Солнечной системе. Эти направления работ хорошо коррелируют с современными нуждами человечества. Работы по искусственному интеллекту связаны с решением задачи создания достаточно эффективных роботов, которые могли бы заменить людей в опасных производствах, помогли бы нам в освоении акваторий и подводного мира, в строительстве. Создание космических роботов - созревшая задача. Они будут более эффективны при работах в открытом пространстве, чем человек в скафандре. А работы в открытом пространстве, скорее всего, будут расширяться в ближайшие десятилетия. Строительство больших радиотелескопов позволит вести наиболее эффективные исследования Вселенной.
Что делать?
Не претендуя на исчерпывающее освещение задач космических работ в ближайшие десятилетия, сделаю попытку представить те цели, на которых, по моему мнению, имеет смысл сосредоточить усилия: 1. Низкоорбитальные системы унифицированных спутников экологического контроля, исследования природных ресурсов, метеорологических Наблюдений с наземными автоматизированными центрами обработки информации и автоматизированной системой доставки результатов абонентам. 2. Орбитальные станции как базы для экспериментальных и строительных работ, создаваемых по схеме станция - облако. 3. Орбитальные заводы для производства сверхчистых материалов, биологических препаратов и проведения других производственных процессов, которые будут рентабельны или целесообразны на орбите. 4. Автоматические космические аппараты международной спутниковой системы наблюдения и контроля поверхности суши, морей, океанов, воздушного пространства и подводной обстановки с системой выдачи информации абонентам. 5. Системы радиотелескопов, выводимых на околоземные и околосолнечные орбиты и работающие в единой радиоинтерферометрической схеме. 6. Орбитальные астрофизические обсерватории, работающие в различных спектральных диапазонах. 7. Автоматические аппараты для доставки на Землю проб грунта и атмосферы Марса (если в результате этих работ окажется необходимым осуществление экспедиции на Марс, то придется разрабатывать и создавать соответствующие средства пилотируемой экспедиции). 8. Многоразовые дешевые (стоимость доставки на орбиту порядка сотни долларов за килограмм) транспортные корабли для транспортных операций Земля - орбита. 9. Дешевые многоразовые транспортные средства для транспортных операций низкая орбита - геостационарная орбита - низкая орбита. 10. Космические роботы для работ в открытом пространстве на орбитах спутников Земли.В процессе верстки исправлены регистры чисел и опечатки в формулах. Приведены в читаемый вид таблицы.
Люди уже давно мечтают о полетах через космическое пространство к другим звездам, о путешествиях по другим мирам и встречах с неземным разумом. Фантасты исписали горы бумаги, пытаясь представить, как это будет происходить, они выдумали разнообразную технику, способную осуществить эти мечты. Но пока это только фантазии. Попробуем представить, как такой полет может выглядеть в реальности. Из сказанного следует, что отклонить налетающие частицы межзвездной среды не получится, и звездолету придется принимать их своим корпусом. Это приводит к некоторым требованиям к конструкции звездолета: впереди него должен находиться экран (например, в виде конической крышки), который будет защищать основной корпус от воздействия космических частиц и излучений. А за экраном должен находиться радиатор, отводящий тепло от экрана (и одновременно служащий вторичным экраном), прикрепленный к основному корпусу звездолета термоизолирующими балками. Необходимость такой конструкции объясняется тем, что налетающие атомы имеют большую кинетическую энергию, они будут глубоко внедряться в экран и, тормозясь в нем, рассеивать эту энергию в виде теплоты. Например, при скорости полета 0,75
с энергия протона водорода будет примерно 500
Мэв - в единицах ядерной физики, что соответствует 8·10 -11
Дж. Он будет внедряться в экран на глубину нескольких миллиметров и передаст эту энергию колебаниям атомов экрана. А таких частиц будет налетать около 2·10 10
атомов и столько же молекул водорода в секунду на 1
см 2 ,то есть каждую секунду на 1
см 2 поверхности экрана будет поступать 4.8
Дж энергии, переходящей в теплоту. А проблема в том, что в космосе отводить эту теплоту можно только путем излучения электромагнитных волн в окружающее пространство (воздуха и воды там нет). Это значит, что экран будет нагреваться до тех пор, пока его тепловое электромагнитное излучение не сравняется с поступающей от налетающих частиц мощностью. Тепловое излучение телом электромагнитной энергии определяется законом Стефана-Больцмана, согласно которому энергия, излучаемая за секунду с 1
см 2 поверхности равна q=sТ 4
где s
=5.67·10 -12
Дж/см 2 К 4 -постоянная Стефана, а Т
- температура поверхности тела. Условием установления равновесия будет sТ 4 =Q
где Q
- поступающая мощность, то есть температура экрана будет Т=(Q/s) 1/4
. Подставляя в эту формулу соответствующие значения, найдем, что экран будет нагреваться до температуры 959
о К = 686
о С. Понятно, что при больших скоростях эта температура будет еще выше. Это значит, например, что экран нельзя делать из алюминия (его температура плавления всего 660
о С), и его нужно термоизолировать от основного корпуса звездолета - иначе будут недопустимо греться жилые отсеки. А для облегчения теплового режима экрана к нему необходимо присоединить радиатор с большой поверхностью излучения (можно из алюминия), например в виде клеточной системы продольных и поперечных ребер, при этом поперечные ребра будут одновременно выполнять функцию вторичных экранов, защищая жилые отсеки от осколков и тормозного излучения попадающих в экран частиц и т.п. Но защита от атомов и молекул - не главная проблема межзвездного полета. Астрономы, наблюдая поглощение света от звезд, установили, что в межзвездном пространстве имеется значительное количество пыли. Такие частицы, сильно рассеивающие и поглощающие свет, имеют размеры 0.1-1
микрон и массу порядка 10 -13
г, а их концентрация много меньше концентрации атомов и равна примерно r
=10 -12
1/см 3 Судя по их плотности (1
г/см 3) и показателю преломления (n
=1.3
) они представляют собой в основном снежные комочки, состоящие из смерзшихся космических газов (водорода, воды, метана, аммиака) с примесью твердых углеродных и металлических частичек. Видимо, именно из них образуются ядра комет, имеющие такой же состав. И хотя это должны быть довольно рыхлые образования, при околосветовых скоростях они могут нанести большой вред. Как видно, энергия тела резко растет с приближением v к скорости света c: Так, при скорости 0.7
с пылинка с m=10 -13
г имеет кинетическую энергию 3.59
Дж (см. Таблицу 1) и попадание ее в экран эквивалентно взрыву в нем примерно 1
мг тротила. При скорости 0.99
с эта пылинка будет иметь энергию 54.7
Дж, что сравнимо с энергией пули, выпущенной из пистолета Макарова (80
Дж). При таких скоростях получится, что каждый квадратный сантиметр поверхности экрана непрерывно обстреливается пулями (причем разрывными) с частотой 12
выстрелов в минуту. Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на протяжении нескольких лет полета. Таблица 1 Энергетические соотношения
Обозначения: Е р
- кинетическая энергия протона в Мэв К
- кинетическая энергия 1 Кг вещества в Дж Т
- тротиловый эквивалент килограмма в тоннах тротила. Для оценки последствий удара частицы в поверхность можно использовать формулу, предложенную специалистом по этим вопросам Ф.Уипплом (,стр.134), согласно которой размеры образовавшегося кратера равны где d
- плотность вещества экрана, Q
- его удельная теплота плавления. Но здесь то нужно иметь в виду, что на самом деле мы не знаем, как пылинки будут воздействовать на материал экрана при таких скоростях. Эта формула справедлива для небольших скоростей удара (порядка 50
км/с и менее), а при оклосветовых скоростях воздействия физические процессы удара и взрыва должны протекать совсем иначе и гораздо интенсивнее. Можно только предполагать, что в силу релятивистских эффектов и большой инерции материала пылинки взрыв будет направлен вглубь экрана, по типу кумулятивного взрыва, и приведет к образованию гораздо более глубокого кратера. Приведенная формула отражает общие энергетические соотношения, и мы допустим, что она годится для оценки результатов удара и для околосветовых скоростей. d
=0.00126·Е
1/3
метров При v
=0.1
c получим Е
=0.045
Дж и d
=0,00126·0.356=0.000448
м=0.45
мм. Легко найти, что пройдя путь в 1
световой год, экран звездолета встретит n=rs
=10 -12 ·9.46·10 17 =10 6
пылинок на каждый см 2 ,и каждые 500
пылинок сроют слой 0.448
мм экрана. Значит, после 1
светового года пути экран будет стерт на толщину 90
см. Отсюда следует, что для полета на таких скоростях скажем, к Проксиме Центавра (только туда) экран должен иметь толщину примерно 5
метров и массу около 2.25
тысячи тонн. При больших скоростях дело будет обстоять еще хуже: Таблица 2 Толщина Х
титана, стираемого за 1
световой год пути Как видно, при v/c
>0.1
экран должен будет иметь неприемлемую толщину (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн). Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны. Рассмотренное абразивное действие космической пыли на самом деле не исчерпывает всего спектра воздействий, которым подвергнется звездолет во время межзвездного полета. Очевидно, что в межзвездном пространстве есть не только пылинки, но и тела других размеров и масс, однако астрономы не могут непосредственно наблюдать их из-за того, что хотя их размеры больше, но самих их меньше, так что они не дают ощутимого вклада в поглощение света звезд (рассмотренные ранее пылинки имеют размер порядка длины волны видимого света и поэтому сильно его поглощают и рассеивают, и их достаточно много, поэтому астрономы в основном их и наблюдают). Ф(М
)=Ф(1)/M
1.1
Наиболее достоверные результаты по этому вопросу получены по измерениям микрократеров, образовавшихся на поверхностях космических аппаратов (,стр.195), они тоже дают k
=1.1
в интервале масс от 10 -6
до 10 5
г. Для меньших масс остается предполагать, что это распределение выполняется и для них. Для величины потока частиц массивнее 1
г различные измерения дают значения 10 -15
1) 2·10 -14 1/м 2 с, и поскольку величина потока связана с пространственной плотностью тел соотношением Ф=rv
, то отсюда можно найти, что концентрация в космосе тел с массой более М
дается формулой r(М
)=r 1 /М
1.1
где параметр r 1
можно найти приняв среднюю скорость спорадических метеорных частиц равной v
=15
км/с (как это видно из измерений П.Миллмана), тогда r 1 =Ф(1)/v
получается равной в среднем 5·10 -25
1/см 3. Библиография
1. Новиков И.Д. Теория относительности и межзвездные перелеты - М.:Знание,1960
Иван Александрович Корзников
Реальности межзвездных полетов
Расстояния между звездами так велики, что свет от одной звезды до другой распространяется годами, а он движется с очень большой скоростью с
=299 793 458
м/с. Для измерения этих расстояний астрономы используют специальную единицу - световой год, она равна расстоянию которое проходит свет за 1
год: 1
св. год = 9.46·10 15
метров (это примерно в 600
раз больше размеров солнечной системы). Астрономы подсчитали, что в сфере радиусом 21.2
световых лет вкруг Солнца имеется 100
звёзд, входящих в 72
звездные системы (двойные, тройные и т.д. системы близких звезд). Отсюда легко найти, что на одну звездную систему в среднем приходится объем пространства 539
кубических световых лет, а среднее расстояние между звездными системами составляет примерно 8.13
световых лет. Реальное расстояние может быть и меньше - так, до ближайшей к Солнцу звезды Проксима Центавра 4.35
св. л, но в любом случае межзвездный перелет представляет собой преодоление расстояния по крайней мере в несколько световых лет. А это значит, что скорость звездолета должна быть не меньше, чем 0.1
с - тогда перелет займет несколько десятков лет и может быть осуществлен одним поколением астронавтов.
Таким образом, скорость звездолета должна быть больше 30 000
км/с. Для земной техники это пока недостижимая величина - мы едва освоили скорости в тысячу раз меньше. Но допустим, что все технические проблемы решены, и наш звездолет имеет двигатель (фотонный или какой угодно другой), способный разогнать космический корабль до таких скоростей. Нас не интересуют детали его устройства и функционирования, для нас здесь важно только одно обстоятельство: современная наука знает только один способ разгона в космическом пространстве - реактивное движение, которое основано на выполнении закона сохранения импульса системы тел. И важно здесь то, что при таком движении звездолет (и любое другое тело) именно перемещается в пространстве, физически взаимодействуя со всем, что в нем находится.
Фантасты в своих фантазиях придумали разнообразные "гиперпространственные скачки" и "субпространственные переходы" от одной точки пространства до другой, минуя промежуточные области пространства, но все это, по представлениям современной науки, не имеет никаких шансов на осуществление в реальности. Современная наука твердо установила, что в природе выполняются определенные законы сохранения: закон сохранения импульса, энергии, заряда и т. д. А при "гиперпространственном скачке" получается, что в некоторой области пространства энергия, импульс и заряды физического тела просто исчезают, то есть эти законы не выполняются. С точки зрения современной науки это значит, что такой процесс не может быть осуществлен. Да и главное - непонятно, что это вообще такое, это "гиперпространство" или "субпространство", попав в которое, физическое тело перестает взаимодействовать с телами в реальном пространстве. В реальном мире существует лишь то, что себя проявляет во взаимодействии с другими телами (собственно, пространство и есть отношение существующих тел), и это значит, что такое тело фактически перестанет существовать - со всеми вытекающими последствиями. Так что все это - бесплодные фантазии, которые не могут быть предметом серьезного обсуждения.
Итак, допустим, что имеющийся реактивный двигатель разогнал звездолет до необходимой нам субсветовой скорости, и он с этой скоростью перемещается в космическом пространстве от одной звезды к другой. Некоторые аспекты такого полета уже давно обсуждаются учеными (, ), но они рассматривают в основном различные релятивистские эффекты такого движения, не обращая внимания на другие существенные аспекты межзвездного полета. А реальность такова, что космическое пространство - не абсолютная пустота, оно представляет собой физическую среду, которую принято называть межзвездной средой. В ней есть атомы, молекулы, пылинки и другие физические тела. И со всеми этими телами звездолету придется физически взаимодействовать, что при движении с такими скоростями превращается в проблему. Рассмотрим эту проблему подробнее.
Астрономы, наблюдая радиоизлучение из космической среды и прохождение через нее света нашли, что в космическом пространстве имеются атомы и молекулы газов: в основном это атомы водорода Н
, молекулы водорода Н 2
(их по количеству примерно столько же, как и атомов Н
), атомы гелия Не
(их в 6
раз меньше, чем атомов Н
), и атомы других элементов (больше всего углерода С, кислорода О
и азота N
), которые в сумме составляют около 1
% всех атомов. Обнаружены даже такие сложные молекулы, как СО 2 , СН 4 , НСN , Н 2 О, NH 3 , НСООН
и другие, но в мизерных количествах (их в миллиарды раз меньше, чем атомов Н
). Концентрация межзвездного газа очень мала и составляет (вдали от газопылевых облаков) в среднем 0,5-0,7
атомов на 1
см 3 .
Понятно, что при движении звездолета в такой среде этот межзвездный газ будет оказывать сопротивление, тормозя звездолет и разрушая его оболочки. Поэтому было предложено обратить вред в пользу и создать прямоточный реактивный двигатель, который, собирая межзвездный газ (а он на 94
% состоит из водорода) и аннигилируя его с запасами антивещества на борту, получал бы таким образом энергию для движения звездолета. По проекту авторов впереди звездолета должен находиться ионизирующий источник (создающий электронный или фотонный луч, ионизирующий налетающие атомы) и магнитная катушка, фокусирующая получившиеся протоны к оси звездолета, где они используются для создания фотонной реактивной струи.
К сожалению, при детальном рассмотрении оказывается, что этот проект неосуществим. Прежде всего, ионизирующий луч не может быть электронным (как настаивают авторы) по той простой причине, что звездолет, испускающий электроны, сам будет заряжаться положительным зарядом, и рано или поздно поля, создаваемые этим зарядом, нарушат работу систем звездолета. Если же использовать фотонный луч, то тогда (впрочем, как и для электронного луча) дело упирается в маленькое сечение фотоионизации атомов. Проблема в том, что вероятность ионизации атома фотоном очень мала (поэтому воздух не ионизируется мощными лучами лазеров). Количественно она выражается сечением ионизации, которое численно равно отношению числа ионизированных атомов к плотности потока фотонов (числу налетевших фотонов на 1
см 2 за секунду). Фотоионизация атомов водорода начинается при энергии фотонов 13.6
электронвольт=2.18·10 -18
Дж (длина волны 91.2
нм), и при этой энергии сечение фотоионизации максимально и равно 6.3·10 -18
см 2 (,стр.410). Это значит, что для ионизации одного атома водорода требуется в среднем 1.6·10 17
фотонов на см 2 за секунду. Поэтому мощность такого ионизирующего луча должна быть гигантской: если звездолет движется со скоростью v
то за 1
секунду на 1
см 2 его поверхности налетает rv
встречных атомов, где r
- концентрация атомов, что в нашем случае околосветового движения составит величину порядка rv
=0.7·3·10 10 =2·10 10
атомов в секунду на 1
см 2 . Значит, поток ионизирующих фотонов должен быть не меньше n=
2·10 10 / 6.3·10 -18 =3·10 27
1/см 2 ·с. Энергия, которую несет такой поток фотонов будет равна е
=2.18·10 -18 ·3·10 27 =6,5·10 9
Дж/см 2 ·с.
К тому же, кроме атомов водорода, на звездолет будет налетать столько же молекул Н 2
, а их ионизация происходит при энергии фотонов 15.4
эв (длина волны 80.4
нм). Это потребует увеличения мощности потока примерно в два раза, и полная мощность потока должна быть е
=1.3·10 10
Дж/см 2 . Для сравнения можно указать, что поток энергии фотонов на поверхности Солнца равен 6.2·10 3
Дж/см 2 ·с, то есть звездолет должен светить в два миллиона раз ярче Солнца.
Поскольку энергия и импульс фотона связаны соотношением Е=рс
, то этот поток фотонов будет иметь импульс р=еS/с
где S
- площадь массозаборника (порядка 1000
м 2), что составит 1.3·10 10 ·10 7 / 3·10 8 =4.3·10 8
Кг·м/с, и этот импульс направлен против скорости и тормозит звездолет. Фактически получается, что впереди звездолета стоит фотонный двигатель и толкает его в обратном направлении - ясно, что такой тяни-толкай далеко не улетит.
Таким образом, ионизация налетающих частиц слишком накладна, а другого способа концентрации межзвездных газов современная наука не знает. Но даже если такой способ будет найден, то прямоточный двигатель все равно себя не оправдает: еще Зенгер показал (,стр.112), что величина тяги прямоточного фотонно-реактивного двигателя ничтожна и он не может быть использован для разгона ракеты с высоким ускорением. Действительно, полный приток массы набегающих частиц (в основном атомов и молекул водорода) составит dm=3m p Srv
=3·1.67·10 -27 ·10 7 · 2·10 10 =10 -9
Кг/с. При аннигиляции эта масса будет выделять максимум W=mc
2 = 9·10 7
Дж/с, и если вся эта энергия уйдет на формирование фотонной реактивной струи, то прирост импульса звездолета за секунду будет составлять dр=W/c
=9·10 7 /3·10 8 =0.3
Кг·м/с, что соответствует тяге в 0.3
ньютона. Примерно с такой силой давит на землю маленькая мышка, и получается, что гора родила мышь. Поэтому конструирование прямоточных двигателей для межзвездных полетов не имеет смысла.
При таких скоростях начинают сильно проявляться релятивистские эффекты, и кинетическая энергия тела в релятивистской области определяется выражением 
v/c
1/(1-v 2 /c 2) 1/2
E p
K
T
0.1
1.005
4.73
4.53·10 14
1,09·10 5
0.2
1.020
19.35
1.85·10 15
4,45·10 5
0.3
1.048
45.31
4.34·10 15
1,04·10 6
0.4
1.091
85.47
8.19·10 15
1,97·10 6
0.5
1.155
145.2
1.39·10 16
3,34·10 6
0.6
1.25
234.6
2.25·10 16
5,40·10 6
0.7
1.40
375.6
3.59·10 16
8,65·10 6
0.8
1.667
625.6
5.99·10 16
1,44·10 7
0.9
2.294
1214
1.16·10 17
2,79·10 7
0.99
7.089
5713
5.47·10 17
1,31·10 8
0.999
22.37
20049
1.92·10 18
4,62·10 8
По видимому, лучшим материалом для экрана является титан (в силу его небольшой плотности и физических характеристик), для него d
=4.5
г/см 3 , а Q
=315
КДж/Кг, что дает
. . .
v/c
E
d
мм
X
м
0.1
0.045
0.448
0.9
0.2
0.185
0.718
3.66
0.3
0.434
0.955
9.01
0.4
0.818
1.178
16.4
0.5
1.39
1.41
27.6
Но о телах в далеком космосе можно получить представление по тем телам, которые мы наблюдаем в солнечной системе, в том числе вблизи Земли. Ведь, как показывают измерения, солнечная система движется относительно соседних звезд примерно в направлении Веги со скоростью 15.5
км/с, а значит, она каждую секунду заметает все новые и новые объемы космического пространства вместе с его содержимым. Конечно, не все вблизи Солнца пришло извне, многие тела изначально являются элементами солнечной системы (планеты, астероиды, многие метеорные потоки). Но астрономы не раз наблюдали например, полет некоторых комет, которые прилетели из межзвездного пространства и туда же улетели. Значит, там имеются и очень крупные тела (массой в миллионы и миллиарды тонн), но они встречаются очень редко. Понятно, что там могут встретиться тела практически любых масс, но с разной вероятностью. И чтобы оценить вероятность встречи с различными телами в межзвездном пространстве нам нужно найти распределение таких тел по массам.
Прежде всего нужно знать, что происходит с телами когда они находятся в солнечной системе. Это вопрос хорошо изучен астрофизиками , и они нашли, что время жизни не слишком крупных тел в солнечной системе очень ограничено. Так, мелкие частички и пылинки с массами менее 10 -12
г просто выталкиваются за пределы солнечной системы потоками света и протонов от Солнца (что видно по хвостам комет). Для более крупных частичек результат оказывается обратным: в результате так называемого эффекта Пойнтинга-Робертсона они падают на Солнце, постепенно опускаясь к нему по спирали за время порядка нескольких десятков тысяч лет.
Это значит, что наблюдаемые в солнечной системе спорадические частицы и микрометеориты (не относящиеся к ее собственным метеорным потокам) попали в нее из окружающего космоса, так как ее собственные частицы такого типа давно исчезли. Поэтому искомую зависимость можно найти по наблюдениям спорадических частиц в самой солнечной системе. Такие наблюдения давно ведутся, и исследователи пришли к выводу (,), что закон распределения космических тел по массам имеет вид N(M)=N 0 /M i
Непосредственные измерения для спорадических метеоров в интервале масс от 10 -3
до 10 2
г (,стр.127) дают для плотности потока метеоров с массой более М
грамм зависимость
Из полученного распределения можно найти, что концентрация частиц, массы которых больше 0.1
г в среднем равна r
(0.1)=r 1
· (10) · 1.1=6.29·10 -24
1/см 3 , а это значит, что на пути в 1
световой год звездолет встретит на 1
см 2 поверхности n=rs
=5.9·10 -6
таких частиц, что при общей площади S
=100
м 2 =10 6
см 2 составит не менее 5
частиц массивнее 0.1
г на все поперечное сечение звездолета. А каждая такая частица при v
=0.1
c имеет энергию более 4.53·10 10
Дж, что эквивалентно кумулятивному взрыву 11
тонн тротила. Даже если экран такое выдержит, то дальше произойдет вот что: поскольку вряд ли частица ударит точно в центр экрана, то в момент взрыва появится сила, поворачивающая звездолет вокруг его центра масс. Она, во-первых, слегка изменит направление полета, а, во-вторых, повернет звездолет, подставив его бок встречному потоку частиц. И звездолет будет быстро искромсан ими, а если на его борту имеются запасы антивещества, то все завершится серией аннигиляционных взрывов (или одним большим взрывом).
Некоторые авторы высказывают надежду , что от опасного метеорита можно уклониться. Посмотрим, как это будет выглядеть на субсветовой скорости v
=0.1
c. Метеорит весом 0.1
г имеет размер около 2
мм и энергию, эквивалентную 10.9
тонн тротила. Попадание его в звездолет приведет к фатальному взрыву, и придется от него уклоняться. Допустим, что радар звездолета способен обнаружить такой метеорит на расстоянии х
=1000
км - хотя непонятно, как это будет осуществляться, так как с одной стороны, радар должен находиться перед экраном, чтобы выполнять свою функцию, а с другой стороны - за экраном, чтобы не быть уничтоженным потоком набегающих частиц.
Но допустим, тогда за время t = x/v
= 0.03
секунды звездолет должен среагировать и отклониться на расстояние у
= 5
м (считая диаметр звездолета 10
метров). Это значит, что он должен приобрести в поперечном направлении скорость u=y/t
- опять же за время t
, то есть его ускорение должно быть не меньше a=y/t 2
= 150
м/с 2 . Это ускорение в 15
раз больше нормального, и его не выдержит никто из экипажа, да и многие приборы звездолета. И если масса звездолета составляет около 50 000
тонн, то для этого потребуется сила F= am
= 7.5·10 9
ньютон. Такую силу на время в тысячные доли секунды можно получить только произведя на звездолете мощный взрыв: при химическом взрыве получается давление порядка 10 5
атмосфер=10 10
Ньютон/м 2 и оно будет способно свернуть звездолет в сторону. То есть, чтобы уклониться от взрыва нужно звездолет взорвать...
Таким образом, если и удастся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не долетит - слишком много препятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осуществляться лишь с существенно меньшими скоростями, порядка 0.01
с и менее. Это значит, что колонизация иных миров может происходить медленными темпами, так как каждый перелет будет занимать сотни и тысячи лет, и для этого нужно будет посылать к другим звездам большие колонии людей, способные существовать и развиваться самостоятельно. Для такой цели может подойти небольшой астероид из смерзшегося водорода: внутри него можно устроить город подходящих размеров, где будут жить астронавты, а сам материал астероида будет использоваться в качестве топлива для термоядерной энергетической установки и двигателя. Других путей освоения дальнего космоса современная наука предложить не может.
Во всем этом есть только один положительный аспект: вторжение полчищ агрессивных инопланетян Земле не грозит - это слишком сложное дело. Но обратная сторона медали заключается в том, что и добраться до миров, где есть "братья по разуму" не удастся в течении ближайших нескольких десятков тысяч лет. Поэтому наиболее быстрым способом обнаружения инопланетян является установление связей с помощью радиосигналов или каких-либо других сигналов.
__________________________________________________
[ оглавление ]
2. Перельман Р.Г. Цели и пути освоения космоса - М.:Наука,1967
3. Перельман Р.Г. Двигатели галактических кораблей - М.: изд. АН СССР,1962
4. Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Внешние ресурсы и космонавтика - М.:Атомиздат,1976
5. Зенгер Е., К механике фотонных ракет - М.: изд. Иностранной литературы,1958
6. Закиров У.Н. Механика релятивистских космических полетов - М.:Наука,1984
7. Аллен К.У. Астрофизические величины - М.:Мир,1977
8. Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики - М.:Наука,1971
9. Физические величины (Справочник) - М.:Энергоатомиздат,1991
10. Бурдаков В.П., Зигель Ф.Ю. Физические основы космонавтики (физика космоса) - М.:Атомиздат,1974
11. Спитцер Л. Пространство между звездами - М.:Мир,1986.
12. Лебединец В.М. Аэрозоль в верхней атмосфере и космическая пыль - Л.: Гидрометеоиздат,1981
13. Бабаджанов П.Б. Метеоры и их наблюдение - М.:Наука,1987
14. Акишин А.И.,Новиков Л.С. Воздействие окружающей среды на материалы космических аппаратов - М.:Знание,1983
Оптимизирован под Internet Explorer 1024X768
средний размер шрифта
Дизайн A Semenov
И покинули солнечную систему; теперь с их помощью изучают межзвёздное пространство . Станций, чьей прямой миссией был бы полёт до ближайших звёзд, на начало XXI века не существует.
Расстояние до ближайшей звезды (Проксимы Центавра) составляет около 4,243 световых лет , то есть примерно в 268 тысяч раз больше расстояния от Земли до Солнца .
Проекты звездолётов, движителем которых является давление электромагнитных волн
В 1971 году в докладе Г. Маркса на симпозиуме в Бюракане было предложено использовать для межзвёздных перелётов лазеры рентгеновского диапазона . Позже возможность использования этого типа движителя исследовалась НАСА . В результате был сделан следующий вывод: «Если будет найдена возможность создания лазера, работающего в рентгеновском диапазоне длин волн, то можно говорить о реальной разработке летательного аппарата (разгоняемого лучом такого лазера), который сможет покрывать расстояния до ближайших звёзд значительно быстрее, чем все известные в настоящее время системы с ракетными двигателями. Расчёты показывают, что с помощью космической системы, рассмотренной в данной работе, можно достичь звезды Альфа Центавра… примерно за 10 лет» .
В 1985 году Р. Форвардом была предложена конструкция межзвёздного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звёзд за 21 год.
На 36-м Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолёта, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия . По расчётам, путь звездолёта этой конструкции до звезды Эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.
Аннигиляционные двигатели
Основными проблемами, которые выделяются учёными и инженерами, анализировавшими конструкции аннигиляционных ракет (англ.), являются получение нужного количества антивещества, его хранение, а также фокусировка потока частиц в нужном направлении. Указывается, что современное состояние науки и техники даже теоретически не позволяет создавать подобные конструкции.
Прямоточные двигатели, работающие на межзвёздном водороде
Основная составляющая массы современных ракет - это масса топлива, необходимого ракете для разгона. Если удастся каким-нибудь образом использовать в качестве рабочего тела и топлива окружающую ракету среду, можно значительно сократить массу ракеты и достичь за счёт этого больших скоростей движения.
Корабли поколений
Возможны также межзвёздные путешествия с использованием звездолётов, реализующих концепцию «кораблей поколений » (например, по типу колоний О"Нейла). В таких звездолётах создаётся и поддерживается замкнутая биосфера , способная поддерживать и воспроизводить себя в течение нескольких тысяч лет. Полёт происходит с небольшой скоростью и занимает очень долгое время, на протяжении которого успевают смениться многие поколения космонавтов.
Сверхсветовое движение
Примечания
См. также
Источники
- Колесников Ю. В. Вам строить звездолёты. М., 1990. 207 с. ISBN 5-08-000617-X.
- http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Лекция о межзвездных полетах, об ускорении на 100 км/сек возле звезд
Полет к звездам
С самого начала было ясно, что пространство Солнечной системы, ее планеты находятся в пределах досягаемости космических аппаратов и кораблей, которые могут быть созданы при современном уровне техники и знаний, и, следовательно, люди смогут если не высадиться, то, во всяком случае, добраться или дотянуться до любой из ее планет.
Но одновременно стало проясняться, что дома, в Солнечной системе, мы сможем получить данные о планетах, астероидах, кометах, об их особенностях, возможно, об их происхождении, но не больше. Скорее всего, в Солнечной системе вообще ничего неожиданного, принципиально нового мы не узнаем. Маловероятно, чтобы по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании мира, в котором мы живем.
Естественно, мысль обращается к звездам. Ведь раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к другим планетам нашей солнечной системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам представлялось главной задачей. Недаром, хотя и несколько преждевременно, американцы назвали своих космонавтов астронавтами, то есть звездоплавателями.
Это рождало мысли о звездных кораблях, и поэтому возникло само название «космический корабль». Мы, создатели, назвали его космолетом. Королев не принял это название. Сейчас уж и не припомню, когда и кто из нас предложил назвать нашу будущую машину кораблем. Но хорошо помню, как однажды мне показали фотомонтаж, перепечатанный из какого-то иностранного журнала: каравелла на фоне туманности Конская Голова, улетающая на всех парусах вдаль! Корабль! Это как раз то, что отвечало нашим устремлениям.
Рано или поздно человеческая мысль должна была вернуться к звездным кораблям. Какими они должны быть? Какие проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью?
Если говорить об автоматических космических аппаратах, направляемых к ближайшим звездам, то в принципе эта задача не представляется неразрешимой.
Но размышления и простые оценки параметров кораблей для полетов людей к звездам показывают, что, пытаясь решить задачу осуществления звездных полетов, мы сталкиваемся с принципиальными трудностями.
Первая проблема - время. Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света, время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. А полеты за пределы галактики потребуют во много раз больше времени. Так что ограничимся при рассмотрении задачи путешествий к звездам только нашей Галактикой.
Представим, что наука сумеет замораживать космонавтов на какое-то количество лет, с тем чтобы они «ожили», прибыв к цели назначения, или отправлять в путешествие человеческие зародыши. И даже если решить эту проблему не только технически, но и в моральном плане, то ведь после путешествия они вернутся в совершенно чужой для них мир. Достаточно вспомнить об изменениях, произошедших за последние 200 лет (а здесь речь идет о десятках тысячелетий!), и становится ясно, что после возвращения космонавты окажутся в совершенно незнакомом мире: полет к звездам практически всегда будет полетом в одну сторону. Для окружающих, родных, друзей космических путешественников это будет чем-то вроде проводов родного человека в последний путь.
Вторая проблема - опасный поток частиц, газа и пыли. Пространство между звездами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, потоки частиц. При попытке движения со скоростью, достаточно близкой к скорости света, они создадут поток частиц высокой энергии, который будет воздействовать на корабль и от которого практически невозможно будет защититься.
Третья проблема - энергетика. Если в ракетном двигателе корабля использовать наиболее эффективную термоядерную реакцию, то для путешествия в оба конца со скоростью, близкой к скорости света, даже при идеальной конструкции ракетной системы, требуется отношение начальной массы к конечной не менее, чем десять в тридцатой степени, что представляется нереализуемым.
Что же касается создания фотонного двигателя для звездного корабля, использующего аннигиляцию материи, то здесь пока маячат сплошные проблемы (хранение гигантских запасов антивещества, защита конструкции корабля и зеркала фотонного двигателя от выделяемой энергии и от той части антивещества, которая не подвергнется аннигиляции в двигателе, и прочее), и не видно решения ни одной из них.
Но предположим даже, что нам удастся сделать фотонный двигатель. Попробуем представить себе галактический фотонный корабль, способный летать со скоростью, достаточно близкой к скорости света, чтобы снять проблемы времени. Собственное время полета космонавтов туда и обратно в путешествии на расстояние порядка половины диаметра нашей Галактики при оптимальном графике полета (непрерывный разгон, а затем непрерывное торможение) составит (по часам на корабле) около 42 лет при полете с ускорением (разгона или торможения), равным земному ускорению силы тяжести. По часам на Земле при этом пройдет около 100 000 лет.
Предположим, что нам удалось получить идеальный процесс в фотонном двигателе, сделать идеальную конструкцию с нулевой массой баков (чего, конечно, быть не может, но это только означает, что на самом деле результаты будут значительно хуже), и попробуем оценить некоторые параметры такого идеального корабля для полета примерно на половину диаметра Галактики. Оказывается, что отношение начальной массы корабля к конечной составит порядка десяти в девятнадцатой степени! Это означает, что при массе жилых и рабочих помещений и оборудования (то есть всего того, что везет корабль), равной всего 100 тоннам, стартовая масса окажется больше массы Луны. Причем половина этой массы - антивещество. Откуда его взять? Как передавать на него усилие для разгона?
Из сегодняшних представлений о мире складывается впечатление, что решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света, нельзя, бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции.
Нужно найти способ межзвездных путешествий, не связанный с необходимостью транспортировки материального тела. Эта идея давно используется в фантастической литературе (что само по себе не должно смущать, так как не раз глобальные научные цели впервые формулировались в сказках, в фантастической литературе) - идея о путешествиях разумных существ в виде пакета информации.
Электромагнитные волны распространяются практически без потерь во всей наблюдаемой Вселенной. Возможно, здесь и кроется ключ к разгадке тайны межзвездных перелетов.
Если не впадать в мистику, то следует признать, что личность современного человека нельзя отделить от тела. Но можно представить себе специально сконструированного индивидуума, у которого личность может отделяться от тела, аналогично тому, как математическое обеспечение может быть отделено от конструкции современных электронных вычислительных машин.
Личность - это индивидуальный комплекс особенностей данного человека в его восприятии внешнего мира, в его алгоритмах обработки информации и реакциях на принимаемую информацию, в его воображении, симпатиях и антипатиях, в его знаниях.
Если пакет информации, являющийся полным описанием личности, может быть переписан с ее полей оперативных операций и запоминающих устройств, то этот пакет информации может быть и передан по линии связи на приемную станцию назначения и там переписан в стандартный материальный носитель (или выбираемый по прейскуранту, или…), в котором путешественник уже на месте сможет жить, действовать, перемещаться, удовлетворять свое любопытство.
Во время передачи пакета информации личности такой индивидуум не живет. Чтобы он мог существовать, действовать, его личность (пакет информации) должна быть размещена в материальном носителе. Его личность, если угодно - его дух, может существовать только на материальных полях операций и запоминающих устройств.
Такой способ решения задачи полета к звездам стал бы реализацией не только сюжетов современной фантастики, но и древних мифов, сказок, преданий о вознесении на небо и о свержении в ад, о летающей посуде и о мирах, где люди то появляются, то исчезают, о переселении душ. Возможно, тогда разрешились бы философские споры о человеке, о бренности его телесной оболочки и сути бытия. Что есть человек? Что есть истина?
Интересно, что выдающиеся философы в разные исторические периоды, от античности до нашего времени, путем логического анализа (основанного, кстати, не на знании) приходили к вполне современным представлениям о соотношении между внутренней сущностью и телом человека. Жизнь человека - это жизнь его души, это бьющаяся в беспомощных усилиях мысль о себе (что есть я?), о мире вне себя и в себе, эстетическое наслаждение красотой и отторжение примитива и неправды, это свобода мысли и анализа. Мы здесь, мы живем, пока способны размышлять, оценивать, перерабатывать информацию и генерировать ее. Остальное во мне, тело мое - для обслуживания.
Наш мозг - поле математических операций с символами, числами, понятиями, правилами и алгоритмами. Эти операции обеспечивают синтез поступающей информации и ее анализ. Сложившиеся в конкретном человеке алгоритмы обработки, анализа и оценки информации определяют его эстетику и самовосприятие, его ощущение собственного существования. Конечно, эти операции выполняются по определенным для данного человека правилам. Эти правила постепенно формируются в мозге индивидуума (в результате его опыта получения и переработки информации, опыта собственной деятельности и ее оценки) и записываются на полях математических операций и на запоминающих устройствах его мозга. Причем с течением жизни эти правила могут совершенствоваться, меняться (как меняется сам человек со временем), портиться. Записанные на материальном носителе, они как бы становятся материальными. Но сами эти операции, мысли, переживания есть нечто такое, чего нельзя увидеть, «пощупать». Человек во все времена пытался материализовать это нечто в виде звуков, слов, красок. Но всегда попытка самовыражения оказывалась лишь тенью, слабым эхом этого нечто.
Тело - это обслуживающие системы поля математических операций (питание, очистка, перемещения, средства связи с внешним миром и тому подобное). Но подавляющее большинство людей, почти все и почти всегда, не различали свое «я» и свое тело. И всегда стремились получше устроить свое тело.
В этом есть логика: без питания умирает головной мозг, распадается поле операций, исчезает личность. В здоровом теле «компьютер» работает с меньшим количеством сбоев, с большей скоростью (за счет параллельно идущих операций, и вообще за счет лучших алгоритмов), обеспечивает большую внутреннюю устойчивость к внешним угрозам и осложнениям. И главное - обеспечивает ясность мышления.
Может быть, поэтому стремление ублажить свое тело из поколения в поколение оставалось главной движущей силой человеческого рода. Оно определяло и грабительские походы, и создание новых технологий, и стремление к лучшей организации жизни общества (в том числе и методом «ограбим богатых», замаскированным лозунгом «долой эксплуатацию»). Дома, автомобили, самолеты, газ, электричество, вычислительная техника родились из этого стремления. Стремление обеспечить максимум удобств телесной оболочке было и остается до сих пор главным движителем в жизни людей.
А ведь на самом деле это вторично. Наше «я», наша индивидуальность, наша суть, наше бытие - это не материальная оболочка. И нет ничего противоречащего нашему восприятию мира, в мысли о принципиальной возможности разделения индивидуальности и ее материального носителя.
Поэтому с инженерной точки зрения представляется возможным сконструировать такого человека, душа которого может отделяться от тела, а возможно, и сконструировать мир, где человек практически мгновенно (скажем, в пределах Солнечной системы) может перемещаться с одной планеты на другую.
Допустимо ли создавать такое существо? Имеем ли мы на это право? Какие стимулы жизни мы можем предложить ему? Именно в этих вопросах главная проблема.
Мы, скорее всего, продукт органической эволюции. В нас глубоко заложен инстинкт жизни, инстинкт продолжения рода. Когда с возрастом, здоровьем, условиями жизни умирает этот инстинкт, у человека пропадает желание жить. А какой же стимул жизни мы сможем предложить нашему творению? Любопытство? Желание быть полезным людям, создавшим его тело (бренное и сменяемое) и воспитавшим его личность и душу? Желание выявиться в исследованиях мира, в сверхдальних путешествиях, в создании приемопередающих станций для путешествий, в строительстве космических околозвездных баз?
Убедительны ли эти стимулы? Откуда ему взять привязанность и любовь к ближним? Как воспитать его, чтобы он не оказался монстром с нелепыми и бессмысленными устремлениями к власти, к возможности давать указания, воспитывать и слыть благодетелем? Или наоборот, чтобы он не оказался инфантильным безынициативным существом, равнодушным к миру, к ближним и к самому себе?
И конечно, на пути создания подобного существа встают громадные технические проблемы. Как мы мыслим? Как создаются стереотипы наших реакций, поведения, оценок, как рождается наша индивидуальность? Скорее всего, алгоритмы восприятия окружающего мира, анализа, мышления возникают в каждом человеке заново и, в той или иной степени, по-иному. Их характер определяется генами, средой, структурой общества, радостями и огорчениями его детства. В обществе рабов вырастают рабы, в обществе свободных людей - независимые, уважающие собственное достоинство индивидуальности. С этой точки зрения, очень опасны стандартизированные приемы воспитания: ясли, детские сады, школы. Это самое страшное, что можно сделать для своего будущего. Человечество может быть сильно только разнообразием, индивидуальностями. Конечно, некоторые основы заветы, заповеди - должны быть общими для всех: люби ближнего своего, не укради, не убей, не пожелай… Но формировать человека по стандарту - готовить собственную гибель.
Как, не разобравшись во всех этих вещах, приступать к созданию искусственного интеллекта? Нас ждут на этой дороге неизбежные трагические ошибки и неудачи. Но эта идея уже вошла в сознание самых любопытных и предприимчивых. Надо полагать - это дело будет развиваться.
Появятся и более понятные трудности.
Если «передавать личность» на галактические расстояния, то придется создавать антенны с размерами порядка километров и передатчики с мощностью порядка сотен миллионов киловатт. Но для реализации такого способа галактических путешествий необходимо не только создать нового космического человека, у которого личность может быть отделена от тела, от материального носителя и в виде пакета информации передана через канал связи, но и создать приемные и передающие станции (например, в радиодиапазоне), развезти их (например, с помощью автоматических космических аппаратов) к возможным пунктам назначения (расположенным, как правило, невдалеке от какой-либо звезды для обеспечения приемопередающих станций энергией). При этом можно развозить приемопередающие станции, а можно только технологию, минимальный набор инструментов и роботов для изготовления их на месте назначения.
Но доставка станций со скоростями порядка сотен и даже тысяч километров в секунду к звездам, находящимся от нас на расстояниях десятков световых лет, потребует тысячелетий и десятков тысячелетий. За это время может быть утерян интерес к самому предприятию.
Тем не менее этот путь лежит в рамках возможного.
Можно представить и другой путь осуществления звездных путешествий космическим человеком: через выход на связь с другими цивилизациями.
Собственно в налаживании обмена информацией во время путешествия будет участвовать все человечество. Информация, полученная из другого мира о нем, о его обитателях, их жизни, и переданная информация туда о нашей жизни и будет путешествием всего человечества к звездам.
И снова возникает тот же вечный вопрос: как выйти на связь с другими цивилизациями?
Логичный путь: заявить о себе, создать и включить маяк, получить запрос и вступить в связь. Если исходить из идеи создания импульсного радиомаяка, излучающего во все стороны (например, вдоль плоскости Галактики), получающего энергию от Солнца с помощью солнечных батарей мощностью миллиард киловатт (оценка проведена применительно к маяку с полосой частот всего 100 герц), то от абонентов, ищущих маяки, потребуется создание приемных антенн с диаметрами от 1 до 10–20 километров для поиска на расстояниях, соответственно, от одной до пятидесяти тысяч световых лет. Мощность в миллиард киловатт можно получить от солнечных батарей с размерами порядка 100 на 100 километров. Гигантские размеры, но вполне обозримые. Конструкцию таких солнечных батарей можно представить в виде ферменной платформы с натянутыми на ней пленочными солнечными батареями.
Если говорить о связи с цивилизациями, удаленными от нас на тысячи или десятки тысяч лет, то сроки выхода на связь с другими цивилизациями будут, соответственно, тысячи и десятки тысяч лет. Уже не миллионы, но все равно очень долго.
Может ли быть более короткий путь? Возможно. Если какие-то другие цивилизации избрали этот путь налаживания связей в нашей Галактике, то они могли уже создать и включить свои маяки. Значит, нам надо искать эти маяки, строить приемные антенны, способные принять сигналы галактических маяков. Радиотелескопы с антеннами, размеры которых измеряются километрами, уже в ближайшие десятилетия можно строить на околоземных орбитах и на орбитах спутников Солнца.
Время выхода на прием сигналов других цивилизаций будет определяться временем создания больших космических радиотелескопов и временем поиска сигналов маяков. Но где искать? Может быть, вблизи центра Галактики, может быть, вдоль средних линий спиральных рукавов Галактики, может быть в шаровых звездных скоплениях, поблизости от галактической плоскости. Или около звезд с планетными системами. Так или иначе, но это уже десятилетия, а не тысячи и не миллионы лет.
Нет ли более простого выхода на связь с другими цивилизациями?
Предположим, что представители других цивилизаций уже были (или есть?) на Земле или в Солнечной системе. Как их найти, каковы могут быть следы их деятельности? Где могут располагаться их приемопередающие станции?
Тут можно выделить два направления поиска.
Сами космические существа, какими они могут быть? Размеры, особенности их жизни. Им, наверное, не нужна атмосфера и органика для питания, а космос - это их естественная среда обитания? Как их найти? Почему они не выходят на контакт с нами? Поиски ответов на эти вопросы и есть первое направление.
Второе направление связано с поисками их средств связи, поисками станций приема и отправки путешественников.
Размышления о проблеме полетов к звездам позволяют выделить несколько перспективных направлений работ: создание все более и более крупных радиотелескопов, разработка космических роботов, разработка конструкции и идеологии маяков, чтобы найти наиболее эффективный метод их поиска, исследование возможности создания и разработка искусственного интеллекта, поиск каналов связи других цивилизаций в Солнечной системе. Эти направления вполне увязываются с современными нуждами человечества.
Работы по искусственному интеллекту сопряжены с решением задачи создания достаточно эффективных роботов, которые могли бы заменить людей в опасных производствах, избавить их от труда в шахтах, от рутинной работы, которые помогли бы нам в освоении подводного мира, в строительстве. Создание больших радиотелескопов позволит вести наиболее эффективные исследования Вселенной и на ее границах, и в центре Галактики.
Цель таких размышлений на уровне фантастики - заглянуть вперед, чтобы выбрать дальние перспективы, которые стоят перед нами, чтобы определить направления поиска, сверить их с актуальными проблемами экологии и экономики, обустройства жизни людей на Земле, с интересными на сегодня задачами исследований Вселенной, и из этого анализа выявить направления работ, на которые стоит тратить общие средства, энергию и интеллект людей. Это стоит делать для того, чтобы взвешенно и разумно принимать решения о выборе.
А какие идеи, цели оставим потомкам мы? Не подпускать близко к власти тиранов, авантюристов и просто проходимцев? Но это было понятно людям еще в древние времена. Правда, реализовать это понимание, как правило, не удавалось. Идея чистой земли - без зловонных мертвых рек, без пустынь (вместо лесов), без радиационных проплешин на живом теле планеты? Это осознали люди еще в конце XIX века. Может быть, наш завет потомкам - полеты к звездам и поиски связи с другими цивилизациями? Эти идеи родились в фантастической литературе XX века. Разобраться, а как же все-таки устроен наш мир, наша Вселенная - этим озабочено человечество много веков. А может, все уже завещано нам, и наша задача - попытаться на своем временном витке развития человечества воплотить поставленные перед землянами цели?
Из книги Пилотируемые полеты на Луну автора Шунейко Иван ИвановичПолет с постоянным углом наклона траектории Рассматривая движение ракеты по траектории с постоянным углом наклона в постоянном гравитационном поле, предположим, что тяга, расход топлива и удельный импульс являются линейными ограниченными функциями соотношения
Из книги Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть I) автора Первушин Антон ИвановичПолет с переменным углом наклона траектории В практических случаях угол наклона траектории полета ракеты меняется со временем, и оптимальная величина удельного импульса не является постоянной для всего полета. Меньший удельный импульс при большей тяге выгоден на
Из книги Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II) автора Первушин Антон ИвановичПолет с изменяющимся временем (класс 2). Как следует из рис. 31.3, время запуска для задачи, относящейся к классу 2, определяется существенно проще. Времена запуска для первой и второй возможностей в случае в (рис. 31.3) не являются одинаковыми из-за прецессии орбиты к моменту
Из книги Взлёт 2006 12 автора Автор неизвестен Из книги Шелест гранаты автора Прищепенко Александр БорисовичПервый и последний полет «Бурана» Программа первого полета орбитального самолета, за которым оставалось название «Буран», неоднократно пересматривалась.Предлагались трехсуточный и двухвитковый варианты. По первому варианты особые трудности могло вызвать то, что не
Из книги Баллистическая теория Ритца и картина мироздания автора Семиков Сергей АлександровичПроект «Ноев ковчег», или НАСА на пути к звездам На ежегодной встрече членов Американской ассоциации развития науки, проходившей в феврале 2002 года, представитель НАСА заявил, что это агентство собирается отправить за пределы Солнечной системы «корабль поколений» с
Из книги Взлет 2008 01-02 автора Автор неизвестен«Полет» на Марс стартует через год В рамках подготовки к проведению рассчитанного на 500 дней уникального эксперимента по моделированию пилотируемого полета на Марс (программа «Марс-500»), начало которого запланировано на 4-й квартал 2007 г., продолжается набор добровольцев.
Из книги Крылья Сикорского автора Катышев Геннадий Иванович5.6. Полет с грузом взрывчатки. Встреча с «черной вдовой» Под сладкий звук фанфар первых успехов, начались сборы в Нальчик. Помимо команды испытателей, самолет ВВС должен был доставить туда сборки Е-9 и более шестисот килограммов взрывчатки: пластита, с консистенцией,
Из книги ВЗЛЁТ 2011 06 автора Автор неизвестен§ 5.11 Космические лучи - путь к звёздам …Планета есть колыбель разума, но нельзя вечно жить в колыбели. …Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе всё околосолнечное
Из книги Траектория жизни [с иллюстрациями] автора Феоктистов Константин ПетровичВ полет спустя… 45 лет! Неожиданный сюрприз подготовила перед Новым годом ценителям истории отечественной авиации группа энтузиастов из КБ «Современные авиационные технологии». Обитатели ЛИИ им. М.М. Громова и окрестных дачных поселков с большим удивлением для себя
Из книги 100 великих достижений в мире техники автора Зигуненко Станислав НиколаевичПЕРВЫЙ ПОЛЕТ Утро 3 июня 1910 г. выдалось в Киеве тихим и безоблачным. Дул легкий ветерок. Вся команда была в сборе. БиС-2 выкатили из ангара. Игорь занял место пилота. «Контакт!» Мотор сразу заработал. После прогрева пилот дал максимальный газ. Три человека едва удерживали
Из книги Взлёт, 20013 №11 автораMRJ первый полет - через год Минувший год не привнес каких бы то ни было существенных изменений в программу первого японского регионального реактивного самолета MRJ, создаваемого компанией «Мицубиси Эркрафт Корпорейшн». 15 сентября 2010 г. руководство «Мицубиси» объявило о
Из книги автораПервый полет Мы стремились при разработке корабля «Восток» сделать его не только быстро, быстрее американцев (они уже объявили, что будут разрабатывать космический корабль), но, главное, сделать его надежным. Достаточно тривиальная постановка задачи. Но как этого
Из книги автораПолет фоссета вокруг света В марте 2005 года известный американский бизнесмен и путешественник Стив Фоссет, как известно, установил новый рекорд. Ранее он облетел земной шар в одиночку на воздушном шаре, потом проделал то же самое и на самолете за 67 часов и 2 минуты. Как ему
Из книги автора«Добролёт» спешит в полёт В 2014 г. давно вынашиваемые «Аэрофлотом» планы по созданию бюджетного авиаперевозчика должны, наконец, превратиться в реальность.10 октября было объявлено, что в группе компаний «Аэрофлот» появился свой лоукостер. Новый отечественный
Из книги автораАнатолий Юртаев: «год прошел, полет нормальный!» Руководитель авиакомпании «Ангара» об эксплуатации Ан-148 Прошел год с того времени, как один из основных региональных авиаперевозчиков в Восточной Сибири, авиакомпания «Ангара» (входит в группу компаний «Истлэнд»), стала