Kada taps įmanomos tarpžvaigždinės kelionės? Tarpžvaigždinis skrydis. Planetos dydžio laivas

Posakis „Skristi į Mėnulį“ daugeliui iš mūsų sukelia asociacijas, esančias ant fantazijos slenksčio, panašias tik į tokius projektus kaip „Apollo 11“, kuriuo siekiama iškelti žmogų į Mėnulio paviršių. „Breakthrough Starshot Initiative“ nukelia mus daug toliau nei Mėnulis, nes ji siekia keliauti į netoliese esančias saulės sistemas.

Tarpžvaigždinės kelionės:

Jurijaus Milnerio: Rusijoje gimusio milijardieriaus technonovatoriaus, Breakthrough Starshot idėja buvo paskelbė 2016 metų balandžio mėnesį vykusioje spaudos konferencijoje, kurioje dalyvavo tokie garsūs mokslininkai kaip Stephenas Hawkingas ir Freemanas Dysonas. Technologijos esmė tokia: į Žemės orbitą bus patalpinti tūkstančiai plokštelės formos lustų, pritvirtintų prie didelės sidabrinės šviesos burės. Tada ši burė bus tiesiogine prasme nustumta į gilųjį kosmosą lazerio spinduliu, nukreiptu iš žemės.

Vos po dviejų minučių tikslinio lazerio veikimo kosminė burė pasieks 1/5 šviesos greičio – tai 1000 kartų greičiau nei kada nors buvo pasiekti makroskopiniai objektai.

Per dvidešimt metų trunkantį skrydį laivas rinks duomenis apie tarpžvaigždinę erdvę. Pasiekus Alfa Kentauro žvaigždyną borto kamera padarys didelio tikslumo vaizdų seriją ir nusiųs juos į Žemę. Tai suteiks mums galimybę pažvelgti į mūsų artimiausius planetos kaimynus ir suprasti, kaip jie gali būti tinkami kolonizacijai.

„Breakthrough Starshot“ komanda yra tokia pat įspūdinga, kaip ir pati idėja. Į direktorių tarybą pateko Milneris, Hawkingas ir Markas Zuckerbergas. Buvęs NASA Ames tyrimų centro vadovas Pete'as Wordenas paskirtas vykdomuoju direktoriumi (S. Pete'as Wordenas). Kiti dalyviai – Nobelio premijos laureatai ir kiti projekto Breakthrough patarėjai. Milneris žada investuoti savo 100 milijonų dolerių projektui pradėti ir per ateinančius kelerius metus su kolegų pagalba surinkti dar 10 milijardų.

Iš pirmo žvilgsnio tai gali atrodyti kaip mokslinė fantastika, nors iš tikrųjų mokslinių kliūčių šio projekto įgyvendinimui nėra. Tai nereiškia, kad viskas įvyks rytoj. Norint, kad proveržis į žvaigždes būtų sėkmingas, būtina padaryti nemažai mokslinių atradimų. Projekto dalyviai ir konsultantai tikisi eksponentinio technologijų augimo, dėl kurio per ateinančius 20 metų „Breakthrough Starshot“ bus įmanoma.

Egzoplanetos aptikimas

Egzoplanetai apima visas planetas, esančias už mūsų Saulės sistemos ribų. Nors pirmieji atradimai datuojami 1988 m., 2017 m. gegužės 1 d. 2702 saulės sistemose buvo aptiktos 3608 egzoplanetos. Kai kurios planetos labai panašios į mūsiškę, kitos turi nemažai unikalių savybių, pavyzdžiui, žiedai 200 kartų platesni nei mūsų Saturno.

Šio radinių sprogimo priežastis – galingas proveržis tobulinant teleskopines technologijas.

Vos prieš 100 metų didžiausias teleskopas pasaulyje buvo Hooker teleskopas, kurio objektyvas buvo 2,5 metro skersmens. Šiandien Europos pietinė observatorija turi keturių teleskopų kompleksą, kurių kiekvieno skersmuo yra 8,2 metro. Tai laikoma didžiausia antžemine astronomijos studijų struktūra, per dieną išleidžiančia vidutiniškai vieną recenzuojamą mokslinį dokumentą.

Mokslininkai taip pat naudoja MBT () ir specialius įrankius uolėtų planetų paieškai kitų saulės sistemų „gyvenamose“ (leidžiančiose skystą vandenį) zonose. 2016 m. gegužę Čilės mokslininkai, naudodami TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), aptiko septynias Žemės dydžio egzoplanetas gyvenamojoje zonoje.

Tuo tarpu specialiai šiems tikslams sukurtas NASA erdvėlaivis Kepler jau nustatė daugiau nei 2000 egzoplanetų. James Webb kosminis teleskopas (JWST), kurį planuojama paleisti 2018 m. spalį, atvers dar neregėtas galimybes išbandyti egzoplanetas dėl gyvybės. „Jei šios planetos turi atmosferą, Webb teleskopas bus raktas į jų paslaptis“, – sako NASA egzoplanetų programos mokslininkas Dougas Hudginsas iš jos būstinės Vašingtone.

Paleidimo kaina

„Starshot“ motininis laivas bus pakeltas nuo žemės nešančiosios raketos, o tada išleis į kosmosą tūkstantį mažų plokštelių. Naudingųjų krovinių paleidimo vienkartinėmis raketomis kaina yra per didelė, tačiau tokios kompanijos kaip „SpaceX“ ir „Blue Origin“ rodo realią viltį panaudoti daugkartinio naudojimo raketas, kurios žymiai sumažins paleidimo išlaidas. „SpaceX“ jau sugebėjo sumažinti „Falcon 9“ paleidimo išlaidas 60 mln. Didėjant privačių kosmoso kompanijų daliai pasaulinėje rinkoje, daugkartinio naudojimo raketų paleidimas taps prieinamesnis ir pigesnis.

Žvaigždžių plokštelė

Kiekvienoje 15 mm plokštelėje turės tilpti įvairūs sudėtingi elektroniniai prietaisai, tokie kaip navigatorius, kamera, ryšio lazeris, radioizotopinė baterija, multipleksinė kamera ir sąsajos kamera. Galimybė supakuoti visą erdvėlaivį ant mažos plokštelės paaiškinama eksponentiniu jutiklių ir lustų dydžio sumažėjimu.

1960-aisiais pirmieji kompiuterių lustai susideda iš kelių tranzistorių. Šiandien, dėka Moore'o dėsnio, į vieną lustą galime sutalpinti milijardus tranzistorių. Pirmasis skaitmeninis fotoaparatas svėrė 8 svarus ir fotografavo 0,01 megapikselio. Dabar skaitmeniniai fotoaparatai, fotografuojantys aukštos kokybės 12 megapikselių spalvotus vaizdus, ​​telpa į išmanųjį telefoną su daugybe kitų jutiklių, tokių kaip GPS, akselerometras ir giroskopas. Atsiradus mažesniems palydovams, teikiantiems geresnius duomenis, matome, kad visi šie patobulinimai taikomi kosmoso tyrinėjimams.

Kad „Starshot“ veiktų sėkmingai, iki 2030 m. lustas turės sverti apie 0,22 gramo. Jei tobulėjimo tempas tęsis, prognozės rodo, kad tai visiškai įmanoma.

Lengva burė

Burė turi būti pagaminta iš medžiagos, kuri gerai atspindi (kad lazeris gautų maksimalų pagreitį), minimaliai sugeriančios (kad nedegtų nuo karščio), taip pat labai lengvos (leidžiančios greitai įsibėgėti). Tai itin sudėtingas derinys ir dar nerasta tinkamos medžiagos.

Dirbtinio intelekto automatizavimo panaudojimas paspartins tokių medžiagų atradimą. Automatizavimo esmė ta, kad mašina galės sugeneruoti dešimčių tūkstančių medžiagų biblioteką testavimui. Taip inžinieriams bus daug lengviau pasirinkti geriausias tyrimų ir plėtros galimybes.

Baterija

Nors Starchip 24 metų kelionei naudos mažytę branduolinio radioizotopo bateriją, mums vis tiek reikės įprastų cheminių lazerių baterijų. Lazeriai per trumpą laiką sunaudos didžiulį energijos kiekį, o tai reiškia, kad galia turi būti kuo arčiau.

Akumuliatoriaus talpa auga vidutiniškai 5-8% per metus; Dažnai to nepastebime, nes proporcingai didėja prietaisų energijos sąnaudos, todėl bendras tarnavimo laikas lieka toks pat. Jei akumuliatorių tobulėjimo dinamika tęsis, po 20 metų jų dabartinė talpa turėtų padidėti 3-5 kartus. Šie lūkesčiai priklauso nuo „Tesla-Solar City“ naujovių, susijusių su investicijomis į akumuliatorių technologijas. Kauai įmonės jau įdiegė apie 55 000 baterijų, kad maitintų didžiąją dalį savo infrastruktūros.

Lazeriai

Burei pagreitinti iki šviesos greičio bus naudojami tūkstančiai galingų lazerių.

Lazerinė technologija laikėsi Moore'o dėsnio tokiu pat greičiu kaip ir integriniai grandynai, sumažindama savo kainos ir galios santykį per pusę kas 18 mėnesių. Per pastarąjį dešimtmetį ypač išaugo diodinių ir šviesolaidinių lazerių galios mastelis, o pirmieji 2010 m. galėjo išspausti 10 kilovatų iš vienmodio pluošto, o po mėnesių – 100 kilovatų. Kartu su įprastine galia taip pat turime tobulinti fazinio masyvo lazerio sintezės technologijas.

Greitis

Mūsų gebėjimas greitai judėti, greitai judėjo... 1804 metais buvo išrastas pirmasis garvežys, pasiekęs neregėtą 110 km/h greitį. Erdvėlaivis „Helios 2“ šį rekordą sumušė 1976 m., nuo Žemės toldamas 356 040 km/h greičiu. Po 40 metų erdvėlaivis New Horizons pasiekė beveik 45 km/s arba 160 000 km/h heliocentrinį greitį. Tačiau net ir esant tokiam greičiui prireiks labai ilgai, kol nuvyksite į Alfa Kentaurį, esantį už daugiau nei keturių šviesmečių.

Nors dalelių greitintuvuose įprasta pagreitinti subatomines daleles iki šviesos greičio, tai niekada anksčiau nebuvo pasiekta naudojant makroskopinius objektus. Jei „Starshot“ pasiektų tik 20% šviesos greičio, tai reikštų, kad viskas, ką kada nors sukūrė žmogus, pagreitintų 1000 kartų.

Duomenų saugykla

Skaičiavimo pagrindas yra gebėjimas saugoti informaciją. „Starshot“ remiasi tuo, kad ir toliau mažins skaitmeninės atminties sąnaudas ir dydį, siekdama užtikrinti, kad būtų pakankamai talpos programoms ir vaizdams, užfiksuotiems Alpha Centauri sistemoje ir jos planetose, saugoti.

Atminties kaina ištisus dešimtmečius mažėjo eksponentiškai: 1970 m. megabaitas kainavo apie milijoną dolerių; Dabar apie 0,1 cento. Saugyklos dydis taip pat sumažėjo – nuo ​​5 megabaitų kietojo disko, įkrauto su šakiniu krautuvu 1956 m., iki dabar prieinamų 512 gigabaitų USB atmintinių, sveriančių kelis gramus.

Ryšys

Kai bus gauti pirmieji vaizdai, Starchip išsiųs juos į Žemę apdoroti.

Nuo tada, kai 1876 m. Aleksandras Grahamas Bellas išrado telefoną, telekomunikacijos nuėjo ilgą kelią. Vidutinis interneto greitis Jungtinėse Valstijose šiandien yra apie 11 megabitų per sekundę. Pralaidumui ir greičiui, kurio „Starshot“ reikia skaitmeniniams vaizdams siųsti per keturis šviesmečius (arba 20 trilijonų mylių), reikės naujausių ryšių technologijų.

Viena iš perspektyvių technologijų yra Li-Fi, belaidis ryšys 100 kartų greitesnis nei „Wi-Fi“. Antrasis yra optinės skaidulos, kurios dabar leidžia perduoti 1,125 terabito per sekundę greičiu. Be to, kvantinių ryšių srityje yra pokyčių, kurie yra ne tik itin greiti, bet ir visiškai saugūs.

Duomenų apdorojimas

Paskutinis Starshot projekto žingsnis – iš erdvėlaivio gautų duomenų analizė. Tikimasi, kad per ateinančius 60 metų eksponentiškai padidės skaičiavimo galia, kuri padidės trilijoną kartų.

Spartus šio momento sąnaudų sumažėjimas daugiausia susijęs su debesų kompiuterijos plėtra. Žvelgiant į ateitį, kvantinės informacijos apdorojimo metodai žada tūkstantį kartų padidinti galią, kol bus gauti pirmieji duomenys iš Starshot. Tokie pažangūs procesoriai leis atlikti sudėtingus netoliese esančių žvaigždžių sistemų mokslinius modeliavimus ir analizes.

Prenumeruokite kosminio turizmo naujienas ir sužinokite viską apie tai, kaip skristi į kosmosą dabar! Elonas Muskas pritaria.

Ar tikrai galėsime pasiekti nežinomas planetas už Saulės sistemos ribų? Kaip tai netgi įmanoma?

Žinoma, mokslinės fantastikos rašytojai ir filmų kūrėjai yra puikūs, jie atliko gerą darbą. Labai norisi tikėti spalvingomis istorijomis, kai žmonės užkariauja tolimiausius kosmoso kampelius. Deja, kol šis paveikslas taps realybe, turėsime įveikti daugybę apribojimų. Pavyzdžiui, fizikos dėsniai, kaip mes juos matome dabar.

Bet! Pastaraisiais metais susikūrė keletas savanorių ir privačiai finansuojamų organizacijų (Tau Zero Foundation, Project Icarus, Project Breakthrough Starshot), kurių kiekviena siekia sukurti transportą tarpžvaigždiniams skrydžiams ir priartinti žmoniją prie Visatos užkariavimo. Jų viltį ir tikėjimą sėkme sustiprina teigiamos naujienos, pavyzdžiui, Žemės dydžio planeta skrieja aplink žvaigždę Proxima Centauri.

Tarpžvaigždinio erdvėlaivio sukūrimas bus viena iš diskusijų temų lapkritį Sidnėjuje vyksiančiame BBC ateities aukščiausiojo lygio susitikime „Idėjos, kurios keičia pasaulį“. Ar žmogus galės keliauti į kitas galaktikas? Ir jei taip, kokių tipų erdvėlaivių mums reikės?

Kur turėtume eiti?

Kur neapsimoka skristi? Visatoje yra daugiau žvaigždžių nei smėlio grūdelių Žemėje – apie 70 sekstilijonų (tai yra 22 nuliai po septynių) – ir mokslininkai apskaičiavo, kad milijardai jų turi nuo vienos iki trijų planetų orbitoje vadinamojoje „Auksaplaukės“ zonoje. : jie neturi per daug šalto ir ne per karšto. Teisingai .

Nuo pat pradžių iki šiol geriausias kandidatas pirmajam tarpžvaigždiniam skrydžiui buvo mūsų artimiausia kaimynė – trigubų žvaigždžių sistema „Alpha Centauri“. Jis yra 4,37 šviesmečio nuo Žemės. Šiais metais Europos pietinės observatorijos astronomai aptiko Žemės dydžio planetą, skriejančią aplink žvaigždyno raudonąją nykštukę Proksimą Kentaurį. Planeta, pavadinta Proxima b, yra mažiausiai 1,3 karto didesnė už Žemės masę, o orbitos laikotarpis aplink savo žvaigždę yra labai trumpas – vos 11 Žemės dienų. Tačiau vis tiek ši žinia itin sujaudino astronomus ir egzoplanetų medžiotojus, nes Proxima b temperatūros režimas tinkamas skystam vandeniui egzistuoti, o tai yra rimtas pliusas galimam gyvenimui.

Tačiau yra ir neigiamų pusių: mes nežinome, ar „Proxima b“ turi atmosferą, ir, atsižvelgiant į jos artumą Proxima Centauri (arčiau nei Merkurijus nuo Saulės), ji greičiausiai bus veikiama žvaigždžių plazmos emisijų ir spinduliuotės. Ir jis taip užrakintas potvynio jėgų, kad viena pusė visada atsukta į žvaigždę. Tai, žinoma, gali visiškai pakeisti mūsų idėjas apie dieną ir naktį.

Ir kaip mums ten patekti?

Tai yra 64 trilijonų dolerių klausimas. Net ir didžiausiu greičiu, kurį leidžia vystyti šiuolaikinės technologijos, nuo „Proxima B“ esame nutolę 18 tūkstančių metų. Ir didelė tikimybė, kad pasiekę tikslą sutiksime ten... mūsų palikuonis Žemėje, kurie jau kolonizavo naująją planetą ir visą šlovę pasiėmė sau. Taigi gilūs protai ir gilios kišenės kelia sau ambicingą užduotį: rasti greitesnį būdą įveikti didžiulius atstumus.

Breakthrough Starshot yra 100 milijonų dolerių vertės kosminis projektas, finansuojamas Rusijos milijardieriaus Jurijaus Milnerio. Breakthrough Starshot daugiausia dėmesio skyrė mažyčių nepilotuojamų zondų su lengvomis burėmis, varomomis galingu antžeminiu lazeriu, kūrimui. Idėja tokia, kad pakankamai (vos 1 gramą) sveriantį erdvėlaivį su lengva bure būtų galima reguliariai pagreitinti galingu šviesos pluoštu iš Žemės iki maždaug penktadalio šviesos greičio. Tokiu greičiu nanozondai pasieks Alpha Centauri maždaug per 20 metų.

Projekto „Breakthrough Starshot“ kūrėjai tikisi, kad visos technologijos bus miniatiūrizuotos, nes mažytis kosminis zondas turi turėti kamerą, variklius, maitinimo šaltinį, ryšių ir navigacijos įrangą. Viskas tam, kad atvykus pabendrauti: „Žiūrėk, aš čia. Bet ji visai nesisuka“. Milleris tikisi, kad tai veiks ir padės pagrindus kitam, sudėtingesniam tarpžvaigždinių kelionių etapui: žmonių kelionėms.

Ką apie metmenų variklius?

Taip, „Star Trek“ serijoje viskas atrodo labai paprasta: įjunkite metmenų variklį ir skriskite greičiau nei šviesos greitis. Tačiau viskas, ką šiuo metu žinome apie fizikos dėsnius, rodo, kad keliauti greičiau nei šviesos greitis ar net jam lygus yra neįmanoma. Tačiau mokslininkai nepasiduoda: NASA įkvėpė dar vieno įdomaus mokslinės fantastikos variklio ir pradėjo NASA Evolutionary Xenon Thruster (sutrumpintai NEXT) projektą – jonų variklį, galintį pagreitinti erdvėlaivį iki 145 tūkstančių km/h greičio, naudojant tik vieną frakciją. kuro įprastai raketai.

Tačiau net ir tokiu greičiu per vieną žmogaus gyvenimą nepajėgsime nuskristi toli nuo Saulės sistemos. Kol neišsiaiškinsime, kaip dirbti su erdvėlaikiu, tarpžvaigždinės kelionės bus labai, labai lėtos. Galbūt laikas pradėti vertinti laiką, kurį galaktikos klajokliai praleis tarpžvaigždiniame erdvėlaivyje, kaip tiesiog gyvenimą, o ne kaip važiavimą „kosminiu autobusu“ iš taško A į tašką B.

Kaip išgyvensime tarpžvaigždines keliones?

Metmenų varikliai ir jonų varikliai, žinoma, yra labai šaunūs, tačiau visa tai bus mažai naudinga, jei mūsų tarpžvaigždiniai keliautojai mirs nuo bado, šalčio, išsausėjimo ar deguonies trūkumo net nepalikdami saulės sistemos. Tyrinėtoja Rachel Armstrong teigia, kad laikas pagalvoti apie tikros tarpžvaigždinės žmonijos ekosistemos sukūrimą.

„Mes pereiname nuo pramoninio požiūrio prie ekologinės tikrovės vizijos“, – sako Armstrongas.

Niukaslio universiteto (JK) eksperimentinės architektūros profesorius Armstrongas apie „pasaulio“ sąvoką sako: „Kalbama apie gyvenamąją erdvę, o ne tik apie objekto dizainą“. Šiandien erdvėlaivyje ar stotyje viskas sterilu ir atrodo kaip pramoniniame objekte. Armstrongas mano, kad vietoj to turėtume galvoti apie erdvėlaivių aplinkosaugos aspektus: augalus, kuriuos galime auginti laive, ir net dirvožemio tipus, kuriuos pasiimame su savimi. Ji teigia, kad ateityje erdvėlaiviai atrodys kaip milžiniški biomai, pilni organinės gyvybės, o ne kaip šaltos, metalinės šių dienų dėžės.

Ar negalime tiesiog miegoti visą kelią?

Kriomiegas ir žiemos miegas, žinoma, yra geras sprendimas gana nemaloniai problemai: kaip išlaikyti žmones gyvus kelionėje, kuri trunka daug ilgiau nei pats žmogaus gyvenimas. Bent jau taip jie elgiasi filmuose. O kriooptimistų pilnas pasaulis: Alcor Life Extension Foundation saugo daugybę užšaldytų kūnų ir galvų žmonių, kurie tikisi, kad mūsų palikuonys išmoks saugiai atitirpinti žmones ir atsikratyti šiuo metu nepagydomų ligų, tačiau šiuo metu tokios technologijos nepadeda. egzistuoja.

Tokie filmai kaip „Interstellar“ ir tokios knygos kaip Nealo Stephensono „Seveneves“ iškėlė idėją į kosmosą išsiųsti sušaldytus embrionus, kurie galėtų išgyventi net ilgiausią skrydį, nes jiems nereikia valgyti, gerti ar kvėpuoti. Tačiau tai iškelia „vištienos ir kiaušinio“ problemą: kažkas turi prižiūrėti šią besiformuojančią žmoniją nesąmoningame amžiuje.

Taigi ar visa tai tikra?

„Nuo pat žmonijos aušros žiūrėjome į žvaigždes ir nukreipėme į jas savo viltis ir baimes, rūpesčius ir svajones“, – sako Rachel Armstrong..

Pradėjus naujus inžinerinius projektus, tokius kaip Breakthrough Starshot, „svajonė tampa tikru eksperimentu“.

Mūsų skaitytojas Nikita Agejevas klausia: kokia yra pagrindinė tarpžvaigždinių kelionių problema? Atsakymui, kaip ir , reikės ilgo straipsnio, nors į klausimą galima atsakyti vienu simboliu: c .

Šviesos greitis vakuume c yra maždaug trys šimtai tūkstančių kilometrų per sekundę ir jo viršyti neįmanoma. Todėl pasiekti žvaigždes greičiau nei per kelerius metus neįmanoma (šviesa į Proxima Centauri nukeliauja 4,243 metus, todėl erdvėlaivis negali atvykti dar greičiau). Jei pagreičio ir lėtėjimo laiką pridėsite prie žmonėms daugmaž priimtino pagreičio, gausite apie dešimt metų iki artimiausios žvaigždės.

Kokiomis sąlygomis galima skristi?

Ir šis laikotarpis jau pats savaime yra reikšminga kliūtis, net jei ignoruojame klausimą „kaip įsibėgėti iki greičio, artimo šviesos greičiui“. Dabar nėra erdvėlaivių, kurie leistų įgulai tiek ilgai gyventi autonomiškai kosmose – astronautams nuolat atgabenamos šviežios atsargos iš Žemės. Paprastai pokalbiai apie tarpžvaigždinių kelionių problemas prasideda nuo fundamentalesnių klausimų, bet pradėsime nuo grynai taikomųjų problemų.

Net ir praėjus pusei amžiaus po Gagarino skrydžio, inžinieriai nesugebėjo sukurti skalbimo mašinos ir pakankamai praktiško dušo erdvėlaiviams, o tualetai, sukurti nesvarumui, TKS genda pavydėtinai reguliariai. Skrydis bent į Marsą (22 šviesos minutės, o ne 4 šviesmečiai) santechnikos dizaineriams jau kelia nereikšmingą užduotį: tad kelionei į žvaigždes teks sugalvoti bent kosminį tualetą su dvidešimties metų garantija ir ta pati skalbimo masina.

Vanduo skalbimui, skalbimui ir gėrimui taip pat turės būti paimtas su savimi arba panaudotas pakartotinai. Taip pat orą ir maistą taip pat reikia laikyti arba auginti laive. Uždarosios ekosistemos Žemėje kūrimo eksperimentai jau buvo atlikti, tačiau jų sąlygos vis dar labai skyrėsi nuo kosminių, bent jau esant gravitacijai. Žmonija žino, kaip kamerinio puodo turinį paversti švariu geriamuoju vandeniu, tačiau šiuo atveju būtina tai padaryti be gravitacijos, visiškai patikimai ir be sunkvežimio eksploatacinių medžiagų: paimti sunkvežimio filtrų kasečių. žvaigždės yra per brangios.

Skalbti kojines ir apsisaugoti nuo žarnyno infekcijų gali atrodyti per daug banalūs, „nefiziniai“ tarpžvaigždinių skrydžių apribojimai – tačiau kiekvienas patyręs keliautojas patvirtins, kad „smulkmenos“, pavyzdžiui, nepatogūs batai ar skrandžio sutrikimas nuo nepažįstamo maisto savarankiškoje ekspedicijoje, gali apsiversti. į pavojų gyvybei.

Norint išspręsti net pagrindines kasdienes problemas, reikalinga tokia pat rimta technologinė bazė, kaip ir iš esmės naujų kosminių variklių kūrimas. Jei Žemėje susidėvėjusią tualeto bako tarpinę galima nusipirkti artimiausioje parduotuvėje už du rublius, tai Marso laive būtina pasirūpinti arba rezervu. Visi panašias detales, arba trimatį spausdintuvą atsarginių dalių gamybai iš universalių plastiko žaliavų.

JAV kariniame jūrų laivyne rimtai 2013 m pradėjo 3D spausdinimą po to, kai įvertinome laiką ir pinigus, išleistus karinės technikos remontui naudojant tradicinius lauko metodus. Kariškiai samprotavo, kad atspausdinti kokią nors retą tarpinę sraigtasparnio komponentui, kuris buvo nutrauktas prieš dešimt metų, buvo lengviau nei užsisakyti detalę iš sandėlio kitame žemyne.

Vienas artimiausių Korolevo bendražygių Borisas Čertokas savo atsiminimuose „Raketos ir žmonės“ rašė, kad tam tikru momentu sovietų kosminė programa susidūrė su kištukinių kontaktų trūkumu. Atskirai reikėjo sukurti patikimas daugiagyslių kabelių jungtis.

Be atsarginių įrangos dalių, maisto, vandens ir oro, astronautams reikės energijos. Varikliui ir borto įrangai reikės energijos, todėl galingo ir patikimo šaltinio problemą teks spręsti atskirai. Saulės baterijos netinka, jei tik dėl atstumo nuo žvaigždžių skrendant, radioizotopų generatoriai (jie maitina Voyagers ir New Horizons) nesuteikia energijos, reikalingos dideliam pilotuojamam erdvėlaiviui, ir jie dar neišmoko pilnai pasigaminti. - kosmosui sukurti branduoliniai reaktoriai.

Sovietų branduolinės energijos palydovų programą aptemdė tarptautinis skandalas po „Cosmos 954“ katastrofos Kanadoje, taip pat daugybė ne tokių dramatiškų nesėkmių; panašus darbas JAV buvo sustabdytas dar anksčiau. Dabar „Rosatom“ ir „Roscosmos“ ketina sukurti kosminę atominę elektrinę, tačiau tai vis tiek yra įrenginiai, skirti trumpo nuotolio skrydžiams, o ne kelių metų kelionei į kitą žvaigždžių sistemą.

Galbūt vietoj branduolinio reaktoriaus būsimi tarpžvaigždiniai erdvėlaiviai naudos tokamakus. Apie tai, kaip sunku bent jau teisingai nustatyti termobranduolinės plazmos parametrus, šią vasarą MIPT. Beje, ITER projektas Žemėje vystosi sėkmingai: net ir tie, kurie šiandien įstojo į pirmuosius metus, turi visas galimybes prisijungti prie pirmojo eksperimentinio termobranduolinio reaktoriaus, turinčio teigiamą energijos balansą, darbų.

Kuo skristi?

Įprasti raketų varikliai netinka tarpžvaigždiniam laivui pagreitinti ir sulėtinti. Tie, kurie yra susipažinę su MIPT pirmą semestrą dėstomu mechanikos kursu, gali savarankiškai apskaičiuoti, kiek kuro reikės raketai, kad ji pasiektų bent šimtą tūkstančių kilometrų per sekundę. Tiems, kurie dar nėra susipažinę su Ciolkovskio lygtimi, iškart paskelbsime rezultatą – degalų bakų masė pasirodo gerokai didesnė už Saulės sistemos masę.

Degalų tiekimą galima sumažinti padidinus greitį, kuriuo variklis išskiria darbinį skystį, dujas, plazmą ar dar ką nors, iki elementariųjų dalelių pluošto. Šiuo metu plazminiai ir jonų varikliai aktyviai naudojami automatinių tarpplanetinių stočių skrydžiams Saulės sistemoje arba geostacionarių palydovų orbitai koreguoti, tačiau jie turi nemažai kitų trūkumų. Visų pirma, visi tokie varikliai suteikia per mažą trauką; jie dar negali suteikti laivui kelių metrų per sekundę kvadratu pagreičio.

MIPT prorektorius Olegas Gorškovas yra vienas iš pripažintų ekspertų plazminių variklių srityje. SPD serijos varikliai gaminami Fakel Design Bureau, tai serijiniai gaminiai, skirti ryšio palydovų orbitos korekcijai.

1950-aisiais buvo sukurtas variklio projektas, kuris panaudotų branduolinio sprogimo impulsą (Oriono projektas), tačiau jis toli gražu netapo paruoštu sprendimu tarpžvaigždiniams skrydžiams. Dar mažiau išvystyta yra variklio konstrukcija, kuri naudoja magnetohidrodinaminį efektą, tai yra, pagreitėja dėl sąveikos su tarpžvaigždine plazma. Teoriškai erdvėlaivis galėtų „siurbti“ plazmą viduje ir išmesti ją atgal, kad sukurtų reaktyvinio srauto trauką, tačiau tai kelia dar vieną problemą.

Kaip išgyventi?

Tarpžvaigždinę plazmą pirmiausia sudaro protonai ir helio branduoliai, jei atsižvelgsime į sunkiąsias daleles. Judant šimtų tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu, visos šios dalelės įgauna megaelektronvoltų ar net dešimčių megaelektronvoltų energijos – tiek pat, kiek ir branduolinių reakcijų produktai. Tarpžvaigždinės terpės tankis yra apie šimtą tūkstančių jonų kubiniame metre, o tai reiškia, kad per sekundę kvadratinis metras laivo korpuso gaus apie 10 13 protonų, kurių energija siekia dešimtis MeV.

Vienas elektronvoltas, eV,― Tai energija, kurią elektronas įgyja skrisdamas nuo vieno elektrodo prie kito vieno volto potencialų skirtumu. Šviesos kvantai turi šią energiją, o ultravioletiniai kvantai, turintys didesnę energiją, jau gali pažeisti DNR molekules. Radiacija arba dalelės, kurių energija yra megaelektronvoltai, lydi branduolines reakcijas ir, be to, pati gali jas sukelti.

Toks švitinimas atitinka dešimčių džaulių sugertą energiją (darant prielaidą, kad visą energiją sugeria oda). Be to, ši energija ateis ne tik šilumos pavidalu, bet iš dalies gali būti panaudota branduolinėms reakcijoms laivo medžiagoje inicijuoti, kai susidaro trumpalaikiai izotopai: kitaip tariant, pamušalas taps radioaktyvus.

Kai kuriuos krintančius protonus ir helio branduolius gali nukreipti į šalį magnetinis laukas; indukuotą spinduliuotę ir antrinę spinduliuotę gali apsaugoti sudėtingas daugelio sluoksnių apvalkalas, tačiau šios problemos taip pat dar neturi sprendimo. Be to, esminiai sunkumai formos „kuri medžiaga bus mažiausiai sunaikinta apšvitinant“ laivo aptarnavimo skrydžio etape pavirs ypatingomis problemomis – „kaip atsukti keturis 25 varžtus skyriuje, kurio fonas yra penkiasdešimt milisivertų vienam valanda“.

Prisiminkime, kad paskutinio Hablo teleskopo remonto metu astronautams iš pradžių nepavyko atsukti keturių varžtų, kurie tvirtino vieną iš kamerų. Pasitarę su Žeme, jie sukimo momentą ribojantį raktą pakeitė įprastu ir pritaikė žiaurią jėgą. Varžtai pajudėjo iš vietos, kamera sėkmingai pakeista. Jei užstrigęs varžtas būtų pašalintas, antroji ekspedicija būtų kainavusi pusę milijardo JAV dolerių. Arba iš viso to nebūtų įvykę.

Ar yra kokių nors sprendimų?

Mokslinėje fantastikoje (dažnai labiau fantazijoje nei moksle) tarpžvaigždinės kelionės vykdomos „pokosdvės tuneliais“. Formaliai Einšteino lygtys, apibūdinančios erdvėlaikio geometriją, priklausomai nuo masės ir energijos, pasiskirstančios šiame erdvėlaikyje, leidžia kažką panašaus – tik apskaičiuotos energijos sąnaudos yra dar labiau slegiančios nei įvertintos raketos kuro kiekio. skrydis į Proxima Centauri. Ne tik reikia daug energijos, bet ir energijos tankis turi būti neigiamas.

Klausimas, ar įmanoma sukurti stabilią, didelę ir energetiškai įmanomą „kirmgraužą“, yra susietas su esminiais klausimais apie visos Visatos sandarą. Viena iš neišspręstų fizikos problemų yra gravitacijos nebuvimas vadinamajame standartiniame modelyje – teorijoje, apibūdinančioje elementariųjų dalelių elgesį ir tris iš keturių pagrindinių fizinių sąveikų. Didžioji dauguma fizikų gana skeptiškai vertina tai, kad kvantinėje gravitacijos teorijoje atsiras vieta tarpžvaigždiniams „šuoliams per hipererdvę“, tačiau, griežtai tariant, niekas nedraudžia ieškoti išeities skrydžiams į žvaigždes.

Tūkstančiuose mokslinės fantastikos romanų aprašomi milžiniški mažo (ar didelio) miesto dydžio fotonų žvaigždėlaiviai, išvykstantys į tarpžvaigždinį skrydį iš mūsų planetos orbitos (rečiau – nuo ​​Žemės paviršiaus). Tačiau, anot projekto „Breakthrough Starshot“ autorių, viskas vyks visiškai kitaip: vieną reikšmingą kai kurių metų dieną du tūkstančiai kokių nors metų, ne vienas ar du, o šimtai ir tūkstančiai mažų, nago dydžio erdvėlaivių, paleis į vieną iš artimiausios žvaigždės, Alpha Centauri.ir sveriančios 1g.Ir kiekviena iš jų turės ploniausią 16m 2 ploto saulės burę,kuri erdvėlaivį vis didesniu greičiu neš pirmyn – į žvaigždes.

Takelažas. Norint išlaikyti burės formą, planuojama ją sutvirtinti grafenu. Kai kurios grafeno pagrindu pagamintos kompozicinės medžiagos gali susitraukti veikiant elektros įtampai, kad būtų galima aktyviai valdyti. Norint stabilizuoti, burė gali būti atsukta arba suformuota į atvirkštinį kūgį, kad būtų pasyviai stabilizuojamasi lazerio spinduliuotės lauke. Saulės burė. Vienas iš pagrindinių projekto elementų – 16 m² ploto ir tik 1 g masės saulės burė.Burės medžiaga – daugiasluoksniai dielektriniai veidrodžiai, atspindintys 99,999% krentančios šviesos (preliminariais skaičiavimais, š. turėtų pakakti, kad burė neištirptų 100 GW spinduliuotės lauko lazeriu). Perspektyvesnis būdas, leidžiantis padaryti burės storį mažesnį už atspindėtos šviesos bangos ilgį, yra naudoti monosluoksnį metamedžiagos su neigiamu lūžio rodikliu kaip burės pagrindu (tokia medžiaga taip pat turi nanoperforaciją, kuri toliau sumažina jo masę). Antrasis variantas – naudoti medžiagą ne su dideliu atspindžio koeficientu, o su mažu sugerties koeficientu (10−9), pvz., optines medžiagas šviesos kreiptuvams.

„Pašautas į žvaigždes“

„Breakthrough Starshot“ projektas buvo pagrįstas UC Santa Barbaros fizikos profesoriaus Philipo Lubino straipsniu „Tarpžvaigždinio skrydžio planas“. Pagrindinis išsakytas projekto tikslas – padaryti tarpžvaigždinius skrydžius įmanomus naujos kartos žmonių gyvenime, tai yra ne šimtmečiais, o dešimtmečiais.

Skrydžio planas

1. Raketa paleidžia į žemos Žemės orbitą motininį laivą, kuriame yra dešimtys, šimtai, tūkstančiai ar dešimtys tūkstančių zondų. 2. Zondai palieka motininį laivą, išskleidžia bures, orientuojasi ir užima pradinę padėtį. 3. Žemėje pradeda veikti fazinis masyvas, kurio matmenys 1 x 1 km iš 20 milijonų mažų (kurių diafragma 20−25 cm) lazerio spinduliuotę, fokusuojantį lazerio spindulį į burės paviršių. 4. Atmosferos iškraipymams kompensuoti naudojami atraminiai plūdurai - „dirbtinės žvaigždės“ viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, motininiame laive, taip pat atspindėtas signalas iš burės. 5. Zondas lazerio spinduliu per kelias minutes pagreitinamas iki 20% šviesos greičio, o pagreitis siekia 30 000 g. Viso skrydžio metu, kuris truks apie 20 metų, lazeris periodiškai seka zondo padėtį. 6. Atvykę į taikinį, Alpha Centauri sistemoje, zondai bando aptikti planetas ir nufotografuoti jas praskridimo metu. 7. Naudodamas burę kaip Frenelio objektyvą ir lazerinį diodą kaip siųstuvą, zondas orientuojasi ir perduoda gautus duomenis Žemės kryptimi. 8. Po penkerių metų šie duomenys gaunami Žemėje.

Iš karto po oficialaus „Starshot“ programos paskelbimo projekto autorius užgriuvo įvairių sričių mokslininkų ir technikos specialistų kritikos banga. Kritiški ekspertai pastebėjo daugybę neteisingų vertinimų ir tiesiog „tuščių vietų“ programos plane. Į kai kurias pastabas buvo atsižvelgta ir skrydžio planas buvo šiek tiek pakoreguotas pirmojo kartojimo metu.

Taigi tarpžvaigždinis zondas bus kosminis burlaivis su 1 g sveriančiu StarChip elektroniniu moduliu, tvirtais diržais sujungtas su saulės bure, kurios plotas 16 m 2, storis 100 nm ir masė 1 g. Žinoma, mūsų Saulės šviesos neužtenka, kad net tokia šviesos struktūra paspartintų iki tokio greičio, kuriuo tarpžvaigždinės kelionės netęstų tūkstantmečius. Todėl pagrindinis StarShot projekto akcentas – įsibėgėjimas naudojant galingą lazerio spinduliuotę, kuri yra sutelkta į burę. Lubinas skaičiuoja, kad esant 50-100 GW lazerio spindulio galiai, pagreitis bus apie 30 000 g, o po kelių minučių zondas pasieks 20% šviesos greičio. Skrydis į Alfa Kentaurį truks apie 20 metų.

Po žvaigždėtomis burėmis

Viena pagrindinių projekto detalių – saulės burė. Pradinėje versijoje burės plotas iš pradžių buvo tik 1 m 2 ir dėl to ji neatlaikė įkaitimo pagreičio metu lazerio spinduliuotės lauke. Naujojoje versijoje naudojama 16 m2 ploto burė, todėl terminis režimas, nors ir gana atšiaurus, bet, preliminariais vertinimais, neturėtų ištirpdyti ar sunaikinti burės. Kaip rašo pats Philipas Lubinas, burės pagrindu planuojama naudoti ne metalizuotas dangas, o visiškai dielektrinius daugiasluoksnius veidrodžius: „Tokioms medžiagoms būdingas vidutinis atspindžio koeficientas ir itin maža sugertis. Tarkime, šviesolaidiniai optiniai stiklai yra skirti dideliems šviesos srautams ir jų sugertis yra apie dvidešimt trilijonų 1 mikrono storio. Nelengva pasiekti gerą atspindžio koeficientą iš dielektriko, kurio burės storis yra 100 nm, o tai yra daug mažesnis už bangos ilgį. Tačiau projekto autoriai turi tam tikrų vilčių panaudoti naujus metodus, pavyzdžiui, monosluoksnius metamedžiagos su neigiamu lūžio rodikliu. "Taip pat turite atsižvelgti į tai, kad atspindys nuo dielektrinių veidrodžių yra sureguliuotas į siaurą bangos ilgių diapazoną, o zondui įsibėgėjant Doplerio efektas bangos ilgį pakeičia daugiau nei 20 proc.", - sako Lubinas. "Mes atsižvelgėme į tai, todėl atšvaitas bus pritaikytas maždaug dvidešimties procentų spinduliuotės dažnių juostos pločio." Sukūrėme tokius atšvaitus. Esant poreikiui galimi ir didesnio pralaidumo atšvaitai.

Jurijus Milneris, Rusijos verslininkas ir filantropas, „Breakthrough Initiatives Foundation“ įkūrėjas: Per pastaruosius 15 metų įvyko reikšminga, galima sakyti, revoliucinė pažanga trijose technologijų srityse: elektroninių komponentų miniatiūrizavimas, naujos kartos medžiagų kūrimas, taip pat sumažinti išlaidas ir padidinti lazerio galią. Šių trijų tendencijų derinys lemia teorinę galimybę pagreitinti nanopalydovą iki beveik reliatyvistinio greičio. Pirmajame etape (5–10 metų) planuojame atlikti išsamesnį mokslinį ir inžinerinį tyrimą, kad suprastume šio projekto įgyvendinimą. Projekto svetainėje yra apie 20 rimtų techninių problemų sąrašas, kurių neišsprendę negalėsime judėti į priekį. Tai nėra galutinis sąrašas, tačiau, remdamiesi mokslinės tarybos nuomone, manome, kad pirmasis projekto etapas turi pakankamai motyvacijos. Žinau, kad žvaigždžių burių projektas susilaukia rimtos ekspertų kritikos, bet manau, kad kai kurių kritiškų ekspertų pozicija siejama su ne visai tiksliu supratimu, ką iš tikrųjų siūlome. Mes nefinansuojame skrydžio į kitą žvaigždę, o realistiškus daugiafunkcinius pokyčius, susijusius su tarpžvaigždinio zondo idėja tik bendra kryptimi. Šios technologijos bus naudojamos tiek skrydžiams Saulės sistemoje, tiek apsaugai nuo pavojingų asteroidų. Tačiau tokio ambicingo strateginio tikslo kaip tarpžvaigždinis skrydis išsikėlimas atrodo pateisinamas ta prasme, kad technologijų plėtra per pastaruosius 10–20 metų tikriausiai paverčia tokio projekto įgyvendinimą ne šimtmečiais, kaip daugelis manė, o dešimtmečius.

Lazerinis aparatas

Pagrindinė žvaigždėlaivio elektrinė į žvaigždes neskris – ji bus Žemėje. Tai antžeminis fazinis lazerinių spindulių masyvas, kurio matmenys 1x1 km. Bendra lazerio galia turėtų būti nuo 50 iki 100 GW (tai atitinka 10–20 Krasnojarsko hidroelektrinių galią). Manoma, kad naudojant fazavimą (t. y. keičiant kiekvieno atskiro skleidėjo fazes) 1,06 μm bangos ilgio spinduliuotė iš visos grotelės nukreipiama į kelių metrų skersmens tašką iki daugelio milijonų kilometrų atstumu. maksimalus fokusavimo tikslumas yra 10–9 radianai). Tačiau tokį fokusavimą labai apsunkina nerami atmosfera, kuri sulieja spindulį į maždaug lanko sekundės (10–5 radianų) dydžio tašką. Tikimasi, kad naudojant adaptyviąją optiką (AO), kuri kompensuos atmosferos iškraipymus, bus pasiekta keturių dydžių patobulinimų. Šiuolaikiniuose teleskopuose geriausios adaptyviosios optikos sistemos sumažina susiliejimą iki 30 milijardų sekundžių, o tai reiškia, kad iki numatyto tikslo dar liko apie dvi su puse eilės.

Philipas Lubinas savo straipsnyje pateikia skaitinius plano punktų įverčius, tačiau daugelis mokslininkų ir specialistų šiuos duomenis vertina labai kritiškai. Žinoma, norint sukurti tokį ambicingą projektą kaip „Breakthrough Starshot“, reikia daug metų dirbti, o 100 milijonų dolerių nėra tokia didelė suma už tokio masto darbus. Tai ypač pasakytina apie antžeminę infrastruktūrą – fazinį lazerinių spindulių masyvą. Tokios galios (50-100 GW) įrengimas pareikalaus gigantiško energijos kiekio, tai yra, šalia reikės pastatyti bent keliolika didelių elektrinių. Be to, per kelias minutes iš skleidėjų reikės pašalinti didžiulį šilumos kiekį, o kaip tai padaryti, kol kas visiškai neaišku. Projekte „Breakthrough Starshot“ yra labai daug tokių neatsakytų klausimų, tačiau kol kas darbas tik prasidėjo. „Mūsų projekto mokslinę tarybą sudaro įvairių svarbių sričių pirmaujantys ekspertai, mokslininkai ir inžinieriai, įskaitant du Nobelio premijos laureatus“, – sako Jurijus Milneris. „Ir aš girdėjau labai subalansuotus šio projekto įgyvendinamumo vertinimus. Tai darydami mes tikrai pasikliaujame bendra visų mūsų mokslo tarybos narių patirtimi, tačiau tuo pat metu esame atviri platesnei mokslinei diskusijai.

„Norint įveikti nedidelio masto atmosferos turbulenciją, fazinis masyvas turi būti suskaidytas į labai mažus elementus, skleidžiančio elemento dydis mūsų bangos ilgiui turi būti ne didesnis kaip 20–25 cm“, – aiškina Philipas Lubinas. — Tai mažiausiai 20 milijonų skleidėjų, bet toks skaičius manęs negąsdina. Atsiliepimui AO sistemoje planuojame naudoti daugybę informacijos šaltinių – švyturių – tiek zonde, tiek motininiame laive, tiek atmosferoje. Be to, mes stebėsime zondą pakeliui į taikinį. Taip pat norime naudoti žvaigždes kaip plūdurą, kad sureguliuotume masyvo fazavimą, kai gauname signalą iš zondo atvykus, tačiau stebėsime zondą, kad įsitikintume.

Atvykimas

Bet tada zondas atvyko į Alpha Centauri sistemą, nufotografavo sistemos apylinkes ir planetą (jei tokių yra). Ši informacija turi būti kažkaip perduodama į Žemę, o zondo lazerinio siųstuvo galia ribojama iki kelių vatų. Ir po penkerių metų šis silpnas signalas turi būti priimtas Žemėje, izoliuojant žvaigždes nuo foninės spinduliuotės. Projekto autorių teigimu, zondas ties taikiniu manevruoja taip, kad burė virsta Frenelio objektyvu, fokusuojančiu zondo signalą Žemės kryptimi. Apskaičiuota, kad idealus objektyvas su idealiu fokusavimu ir idealia orientacija sustiprina 1 W signalą iki 10 13 W izotropinio ekvivalento. Bet kaip galime vertinti šį signalą daug galingesnės (13–14 dydžių!) žvaigždės spinduliuotės fone? „Žvaigždės šviesa iš tikrųjų yra gana silpna, nes mūsų lazerio linijos plotis yra labai mažas. Siaura linija yra labai svarbi norint sumažinti foną, sako Lubinas. „Idėja sukurti Frenelio objektyvą iš burės, pagrįstą plonasluoksniu difrakciniu elementu, yra gana sudėtinga ir reikalauja daug išankstinio darbo, kad suprastume, kaip geriausiai tai padaryti. Šis punktas iš tikrųjų yra vienas iš pagrindinių mūsų projekto plano punktų.

Kita vertus, fazinis optinių emiterių / spinduliuotės imtuvų rinkinys, kurio bendra diafragma yra kilometras, yra instrumentas, galintis pamatyti egzoplanetas iš dešimčių parsekų atstumo. Naudojant derinamo bangos ilgio imtuvus, galima nustatyti egzoplanetų atmosferos sudėtį. Ar tokiu atveju iš viso reikalingi zondai? „Be abejo, naudojant fazuotą masyvą kaip labai didelį teleskopą, astronomijoje atsiveria naujos galimybės. "Tačiau, - priduria Lubinas, - planuojame pridėti infraraudonųjų spindulių spektrometrą prie zondo kaip ilgalaikės programos, be fotoaparato ir kitų jutiklių. Mes turime puikią fotonikos grupę UC Santa Barbara, kuri yra bendradarbiavimo dalis.

Tačiau bet kuriuo atveju, pasak Lubino, pirmieji skrydžiai bus atlikti Saulės sistemoje: „Kadangi galime išsiųsti daugybę zondų, tai suteikia mums daug skirtingų galimybių. Taip pat galime siųsti panašius nedidelius (plokštelės mastelio, tai yra ant lusto) zondus ant įprastų raketų ir naudoti tas pačias technologijas Žemei ar planetoms bei jų palydovams Saulės sistemoje tirti.

Redaktoriai dėkoja laikraščiui „Trinity Variant – Science“ ir jo vyriausiajam redaktoriui Borisui Sternui už pagalbą rengiant straipsnį.

Saulės sistema jau seniai nedomina mokslinės fantastikos rašytojų. Tačiau stebėtina, kad kai kuriems mokslininkams mūsų „gimtosios“ planetos nesukelia didelio įkvėpimo, nors jos dar nebuvo praktiškai ištirtos.

Vos atvėrusi langą į kosmosą, žmonija veržiasi į nežinomus tolius ir ne tik sapnuose, kaip anksčiau.
Sergejus Korolevas taip pat pažadėjo netrukus skristi į kosmosą „su profsąjungos bilietu“, tačiau šiai frazei jau pusė amžiaus, o kosminė odisėja vis dar yra elito dalis - per brangus malonumas. Tačiau prieš dvejus metus HACA pradėjo grandiozinį projektą 100 metų žvaigždėlaivis, kuri apima laipsnišką ir kelerius metus trunkančio mokslinio ir techninio kosminių skrydžių pagrindo sukūrimą.

Tikimasi, kad ši precedento neturinti programa pritrauks mokslininkus, inžinierius ir entuziastus iš viso pasaulio. Jei viskas pavyks, po 100 metų žmonija galės pastatyti tarpžvaigždinį laivą, o po Saulės sistemą judėsime kaip tramvajais.

Taigi, kokias problemas reikia išspręsti, kad žvaigždžių skrydis taptų realybe?

LAIKAS IR GREITIS YRA SĄLYGINIAI

Kaip bebūtų keista, kai kuriems mokslininkams automatinių erdvėlaivių astronomija atrodo beveik išspręsta. Ir tai nepaisant to, kad paleisti automatus į žvaigždes su dabartiniu sraigės greičiu (apie 17 km/s) ir kita primityvia (tokiems nežinomiems keliams) įranga visiškai nėra prasmės.

Dabar amerikietiški erdvėlaiviai Pioneer 10 ir Voyager 1 paliko Saulės sistemą ir su jais nebėra jokio ryšio. „Pioneer 10“ juda žvaigždės Aldebarano link. Jei nieko neatsitiks, šios žvaigždės apylinkes ji pasieks... po 2 milijonų metų. Lygiai taip pat kiti įrenginiai šliaužioja per Visatos platybes.

Taigi, nepaisant to, ar laivas gyvenamas, ar ne, norint skristi į žvaigždes, reikia didelio greičio, artimo šviesos greičiui. Tačiau tai padės išspręsti problemą, kai reikia skristi tik į artimiausias žvaigždes.

„Net jei pavyktų pastatyti žvaigždėlaivį, kuris galėtų skristi artimu šviesos greičiui, – rašė K. Feoktistov, – kelionės laikas tik mūsų galaktikoje būtų skaičiuojamas tūkstantmečiais ir dešimtimis tūkstantmečių, nes jo skersmuo. yra apie 100 000 šviesmečių. Tačiau Žemėje per šį laiką įvyks daug daugiau.

Remiantis reliatyvumo teorija, laiko eiga dviejose sistemose, judančiose viena kitos atžvilgiu, skiriasi. Kadangi dideliais atstumais laivas turės laiko pasiekti greitį, labai artimą šviesos greičiui, laiko skirtumas Žemėje ir laive bus ypač didelis.

Spėjama, kad pirmasis tarpžvaigždinių skrydžių taikinys bus Alpha Centauri (trijų žvaigždžių sistema) – arčiausiai mūsų. Šviesos greičiu galite patekti per 4,5 metų, Žemėje per šį laiką praeis dešimt metų. Tačiau kuo didesnis atstumas, tuo didesnis laiko skirtumas.

Prisimenate garsųjį Ivano Efremovo „Andromedos ūką“? Ten skrydis matuojamas metais, o antžeminiais metais. Graži pasaka, nėra ką pasakyti. Tačiau šis trokštamas ūkas (tiksliau Andromedos galaktika) yra 2,5 mln. šviesmečių atstumu nuo mūsų.

Kai kuriais skaičiavimais, kelionė astronautams užtruks daugiau nei 60 metų (pagal žvaigždėlaivių laikrodžius), tačiau Žemėje praeis ištisa era. Kaip jų tolimi palikuonys pasitiks erdvę „neandertaliečiai“? Ir ar Žemė išvis bus gyva? Tai yra, grįžti iš esmės beprasmiška. Tačiau kaip ir pats skrydis: turime atsiminti, kad Andromedos ūko galaktiką matome tokią, kokia ji buvo prieš 2,5 milijono metų – tiek laiko jos šviesa keliauja iki mūsų. Kokia prasmė skristi į nežinomą tikslą, kurio, ko gero, jau seniai nebuvo, bent jau tokia pačia forma ir toje pačioje vietoje?

Tai reiškia, kad net skrydžiai šviesos greičiu yra pateisinami tik santykinai artimoms žvaigždėms. Tačiau šviesos greičiu skraidantys prietaisai vis dar gyvuoja tik teoriškai, kuri primena mokslinę fantastiką, nors ir mokslinę.

PLANETOS DYDŽIO LAIVAS

Natūralu, kad pirmiausia mokslininkai sugalvojo laivo variklyje panaudoti veiksmingiausią termobranduolinę reakciją, kuri jau buvo iš dalies įvaldyta (kariniais tikslais). Tačiau norint važiuoti pirmyn ir atgal artimu šviesos greičiu, net ir esant idealiam sistemos dizainui, pradinės ir galutinės masės santykis turi būti bent 10 ir trisdešimtosios galios. Tai yra, erdvėlaivis atrodys kaip didžiulis traukinys su mažos planetos dydžio kuru. Tokio koloso iš Žemės paleisti į kosmosą neįmanoma. Taip pat jį galima surinkti orbitoje; ne veltui mokslininkai neaptaria šios galimybės.

Fotonų variklio, naudojančio materijos naikinimo principą, idėja yra labai populiari.

Naikinimas – tai dalelės ir antidalelės pavertimas jiems susidūrus į kitas daleles, kurios skiriasi nuo pradinių. Labiausiai ištirtas yra elektrono ir pozitrono anihiliacija, kuri generuoja fotonus, kurių energija judins žvaigždėlaivį. Amerikiečių fizikų Ronano Keene ir Wei-ming Zhang skaičiavimai rodo, kad remiantis šiuolaikinėmis technologijomis galima sukurti naikinimo variklį, galintį pagreitinti erdvėlaivį iki 70% šviesos greičio.

Tačiau prasideda tolimesnės problemos. Deja, naudoti antimedžiagą kaip raketų kurą yra labai sunku. Naikinimo metu įvyksta galingos gama spinduliuotės pliūpsniai, žalingi astronautams. Be to, pozitroninio kuro sąlytis su laivu yra kupinas mirtino sprogimo. Galiausiai, dar nėra pakankamai antimedžiagos gavimo ir ilgalaikio saugojimo technologijų: pavyzdžiui, dabar antivandenilio atomas „gyvena“ mažiau nei 20 minučių, o miligramo pozitronų gamyba kainuoja 25 mln.

Tačiau tarkime, kad laikui bėgant šios problemos gali būti išspręstos. Tačiau jums vis tiek reikės daug kuro, o pradinė fotonų žvaigždėlaivio masė bus panaši į Mėnulio masę (pagal Konstantiną Feoktistovą).

BURĖ SUPRAŠYTA!

Populiariausiu ir tikroviškiausiu žvaigždėlaiviu šiandien laikomas saulės burlaivis, kurio idėja priklauso sovietų mokslininkui Friedrichui Zanderiui.

Saulės (šviesos, fotonų) burė yra įrenginys, kuris naudoja saulės šviesos slėgį arba lazerį ant veidrodinio paviršiaus, kad galėtų varyti erdvėlaivį.
1985 metais amerikiečių fizikas Robertas Forwardas pasiūlė sukurti tarpžvaigždinį zondą, pagreitintą mikrobangų energija. Projekte buvo numatyta, kad artimiausias žvaigždes zondas pasieks per 21 metus.

XXXVI tarptautiniame astronomijos kongrese buvo pasiūlytas lazerinio žvaigždėlaivio projektas, kurio judėjimą užtikrina optinių lazerių, esančių orbitoje aplink Merkurijų, energija. Remiantis skaičiavimais, tokios konstrukcijos žvaigždėlaivio kelias iki žvaigždės Epsilon Eridani (10,8 šviesmečio) ir atgal truktų 51 metus.

„Mažai tikėtina, kad duomenys, gauti iš kelionių per mūsų saulės sistemą, padarys didelę pažangą suprantant pasaulį, kuriame gyvename. Natūralu, kad mintis sukasi apie žvaigždes. Juk anksčiau buvo suprasta, kad skrydžiai šalia Žemės, skrydžiai į kitas mūsų Saulės sistemos planetas nebuvo galutinis tikslas. Nutiesti kelią į žvaigždes atrodė pagrindinė užduotis.

Šie žodžiai priklauso ne mokslinės fantastikos rašytojui, o erdvėlaivių dizaineriui ir kosmonautui Konstantinui Feoktistovui. Mokslininko teigimu, nieko ypač naujo Saulės sistemoje nebus atrasta. Ir tai nepaisant to, kad žmogus iki šiol pasiekė tik Mėnulį...

Tačiau už Saulės sistemos ribų saulės šviesos slėgis priartės prie nulio. Todėl yra projektas, kaip pagreitinti saulės burlaivį naudojant lazerines sistemas iš kokio nors asteroido.

Visa tai – dar teorija, tačiau pirmieji žingsniai jau žengiami.

1993 metais 20 metrų pločio saulės burė pirmą kartą buvo dislokuota Rusijos laive „Progress M-15“, vykdant projektą „Znamya-2“. Prijungdama „Progress“ prie „Mir“ stoties, jos įgula „Progress“ laive įrengė atšvaitų išdėstymo įrenginį. Dėl to atšvaitas sukūrė 5 km pločio šviesią dėmę, kuri per Europą į Rusiją pralėkė 8 km/s greičiu. Šviesos dėmės šviesumas buvo maždaug toks pat kaip Mėnulio pilnatis.

Taigi, saulės burlaivio privalumas – kuro trūkumas laive, trūkumai – burės konstrukcijos pažeidžiamumas: iš esmės tai plona folija, ištempta ant rėmo. Kur garantija, kad pakeliui burė negaus skylių nuo kosminių dalelių?

Burių versija gali būti tinkama automatiniams zondams, stotims ir krovininiams laivams paleisti, tačiau netinka pilotuojamiems skrydžiams atgal. Yra ir kitų žvaigždžių projektų, tačiau jie vienaip ar kitaip primena aukščiau išvardintus (su tomis pačiomis didelės apimties problemomis).

STAIGMENAI TARPŽVAIGŽDINĖJE ERDVĖJE

Panašu, kad keliautojų Visatoje laukia daug netikėtumų. Pavyzdžiui, vos pasiekęs už Saulės sistemos ribų, amerikiečių aparatas Pioneer 10 pradėjo jausti neaiškios kilmės jėgą, sukeldamas silpną stabdymą. Buvo daroma daug prielaidų, įskaitant dar nežinomą inercijos ar net laiko poveikį. Aiškaus šio reiškinio paaiškinimo vis dar nėra, svarstomos įvairios hipotezės: nuo paprastų techninių (pavyzdžiui, reaktyvioji jėga, atsiradusi dėl dujų nuotėkio aparate) iki naujų fizikinių dėsnių įvedimo.

Kitas prietaisas „Voyadger 1“ aptiko zoną su stipriu magnetiniu lauku Saulės sistemos ribose. Jame įkrautų dalelių slėgis iš tarpžvaigždinės erdvės sukelia Saulės sukurto lauko tankumą. Prietaisas taip pat užregistruotas:

• iš tarpžvaigždinės erdvės į Saulės sistemą prasiskverbiančių didelės energijos elektronų skaičiaus padidėjimas (apie 100 kartų);
• staigus galaktikos kosminių spindulių – didelės energijos įkrautų tarpžvaigždinės kilmės dalelių – lygio padidėjimas.

Ir tai tik lašas kibire! Tačiau to, kas šiandien žinoma apie tarpžvaigždinį vandenyną, pakanka, kad suabejotų pačia galimybe plaukti Visatos platybėse.

Tarpas tarp žvaigždžių nėra tuščias. Visur yra dujų, dulkių ir dalelių likučių. Bandant keliauti arti šviesos greičio, kiekvienas su laivu susidūręs atomas bus kaip didelės energijos kosminio spindulio dalelė. Kietosios spinduliuotės lygis tokio bombardavimo metu nepriimtinai padidės net skrendant į netoliese esančias žvaigždes.

O dalelių mechaninis poveikis tokiais greičiais bus kaip sprogstamos kulkos. Remiantis kai kuriais skaičiavimais, kiekvienas žvaigždės laivo apsauginio ekrano centimetras bus nuolat šaudomas 12 šovinių per minutę greičiu. Akivaizdu, kad per kelerius skrydžio metus joks ekranas tokio poveikio neatlaikys. Arba jis turės būti nepriimtino storio (dešimtys ir šimtai metrų) ir masės (šimtai tūkstančių tonų).

Tiesą sakant, erdvėlaivį daugiausia sudarys šis ekranas ir kuras, kuriam prireiks kelių milijonų tonų. Dėl šių aplinkybių skristi tokiu greičiu neįmanoma, juolab, kad pakeliui galite susidurti ne tik su dulkėmis, bet ir į kažką didesnio, ar įstrigti nežinomame gravitaciniame lauke. Ir tada mirtis vėl neišvengiama. Taigi, net jei ir pavyks pagreitinti erdvėlaivį iki sublight greičio, jis nepasieks galutinio tikslo – jo kelyje atsiras per daug kliūčių. Todėl tarpžvaigždiniai skrydžiai gali būti vykdomi tik žymiai mažesniu greičiu. Tačiau dėl laiko faktoriaus šie skrydžiai tampa beprasmiški.

Pasirodo, neįmanoma išspręsti materialių kūnų gabenimo galaktikos atstumais artimu šviesos greičiui problemos. Nėra prasmės laužyti erdvę ir laiką naudojant mechaninę struktūrą.

KURMIŲ SKULĖ

Mokslinės fantastikos rašytojai, bandydami įveikti nenumaldomą laiką, sugalvojo, kaip erdvėje (ir laike) „graužti skyles“ ir ją „sulankstyti“. Jie sugalvojo įvairius hipererdvės šuolius iš vieno erdvės taško į kitą, aplenkdami tarpines sritis. Dabar mokslininkai prisijungė prie mokslinės fantastikos rašytojų.

Fizikai Visatoje pradėjo ieškoti ekstremalių materijos būsenų ir egzotiškų spragų, kur galima judėti superluminal greičiu, priešingai nei Einšteino reliatyvumo teorija.

Taip kilo kirmgraužos idėja. Ši skylė sujungia dvi Visatos dalis, tarsi nupjautas tunelis, jungiantis du miestus, kuriuos skiria aukštas kalnas. Deja, kirmgraužos įmanomos tik esant absoliučiam vakuumui. Mūsų Visatoje šios skylės yra labai nestabilios: jos gali tiesiog subyrėti, kol erdvėlaivis ten patenka.

Tačiau norint sukurti stabilias kirmgraužas, galima panaudoti olando Hendriko Kazimiero atrastą efektą. Jį sudaro laidų neįkrautų kūnų abipusis pritraukimas, veikiamas kvantinių svyravimų vakuume. Pasirodo, vakuumas nėra visiškai tuščias, vyksta gravitacinio lauko svyravimai, kuriuose spontaniškai atsiranda ir išnyksta dalelės ir mikroskopinės kirmgraužos.

Belieka atrasti vieną iš skylių ir ištempti ją įdedant tarp dviejų superlaidžių rutuliukų. Viena kirmgraužos anga liks Žemėje, kitą erdvėlaivis beveik šviesos greičiu perkels į žvaigždę – galutinį objektą. Tai yra, erdvėlaivis tarsi prasiskverbs pro tunelį. Žvaigždžių laivui pasiekus tikslą, kirmgrauža atsivers tikroms žaibiškoms tarpžvaigždinėms kelionėms, kurių trukmė bus matuojama minutėmis.

SUTRIKIMO BURBULAS

Panašus į kirmgraužos teoriją, yra metmenų burbulas. 1994 metais meksikiečių fizikas Migelis Alcubierre'as atliko skaičiavimus pagal Einšteino lygtis ir nustatė teorinę erdvinio kontinuumo bangos deformacijos galimybę. Tokiu atveju erdvė susitrauks prieš erdvėlaivį ir kartu išsiplės už jo. Žvaigždžių laivas tarsi patalpintas į kreivumo burbulą, galintį judėti neribotu greičiu. Idėjos genialumas yra tas, kad erdvėlaivis ilsisi kreivumo burbule, o reliatyvumo dėsniai nepažeidžiami. Tuo pačiu metu pats kreivumo burbulas juda, lokaliai iškraipydamas erdvėlaikį.

Nepaisant nesugebėjimo keliauti greičiau už šviesą, niekas netrukdo erdvei judėti arba erdvėlaikio deformacijai plisti greičiau nei šviesa, o tai, kaip manoma, įvyko iškart po Didžiojo sprogimo, kai susiformavo Visata.

Visos šios idėjos dar netelpa į šiuolaikinio mokslo rėmus, tačiau 2012 metais NASA atstovai paskelbė ruošiantys eksperimentinį daktaro Alcubierre'o teorijos testą. Kas žino, galbūt Einšteino reliatyvumo teorija vieną dieną taps naujos pasaulinės teorijos dalimi. Juk mokymosi procesas yra begalinis. Tai reiškia, kad vieną dieną galėsime prasiveržti pro spyglius į žvaigždes.

Irina GROMOVA