När blir interstellära resor möjliga? Interstellär flygning. Ett skepp lika stor som en planet

Uttrycket "Fly to the Moon" väcker associationer på gränsen till fantasi för de flesta av oss, bara jämförbara med projekt som Apollo 11 för att leverera en person till månens yta. Breakthrough Starshot Initiative tar oss mycket längre än månen eftersom det syftar till att resa till närliggande solsystem.

Interstellära resor:

Yuri Milners idéskapande: ryskfödd miljardär teknoinnovatör, Breakthrough Starshot var meddelat vid en presskonferens i april 2016 med deltagande av så kända forskare som Stephen Hawking och Freeman Dyson. Kärnan i tekniken är som följer: tusentals platta-formade marker fästa på ett stort silver lätt segel kommer att placeras i jordens omloppsbana. Då kommer detta segel bokstavligen att tryckas in i rymden av en laserstråle riktad från marken.

Efter bara två minuter av riktad laseraktion kommer rymdseglet att nå 1/5 av ljusets hastighet - det är 1000 gånger snabbare än de hastigheter som någonsin uppnåtts av makroskopiska objekt.

Under sin tjugoåriga flygning kommer fartyget att samla in data om det interstellära rymden. När man når stjärnbilden Alpha Centauri kameran ombord kommer att ta en serie bilder med hög precision och skicka dem till jorden. Detta kommer att ge oss möjlighet att titta på våra närmaste planetariska grannar och förstå hur lämpliga de kan vara för kolonisering.

Teamet bakom Breakthrough Starshot är lika imponerande som själva idén. I styrelsen ingick Milner, Hawking och Mark Zuckerberg. Den tidigare chefen för NASA Ames Research Center, Pete Worden, utsågs till verkställande direktör (S. Pete Worden). Andra deltagare är Nobelpristagare och andra rådgivare till Breakthrough-projektet. Milner lovar att investera sina egna 100 miljoner dollar för att starta projektet och under de närmaste åren samla in ytterligare 10 miljarder med hjälp av sina kollegor.

Vid första anblicken kan detta verka som science fiction, även om det faktiskt inte finns några vetenskapliga hinder för genomförandet av detta projekt. Det betyder inte att allt kommer att hända imorgon. För ett framgångsrikt genombrott till stjärnorna är det nödvändigt att göra ett antal vetenskapliga upptäckter. Projektdeltagare och konsulter förväntar sig exponentiell tillväxt inom teknik som kommer att göra Breakthrough Starshot möjligt under de kommande 20 åren.

Exoplanetdetektering

Exoplaneter inkluderar alla planeter utanför vårt solsystem. Medan de första upptäckterna går tillbaka till 1988, från och med den 1 maj 2017, har 3 608 exoplaneter upptäckts i 2 702 solsystem. Vissa av planeterna är väldigt lika våra, andra har ett antal unika egenskaper, som ringar som är 200 gånger bredare än vår Saturnus.

Anledningen till denna explosion av fynd är ett kraftfullt genombrott för att förbättra teleskoptekniken.

För bara 100 år sedan var det största teleskopet i världen Hooker Telescope, med en lins på 2,5 meter i diameter. Idag har European Southern Observatory ett komplex av fyra teleskop, vart och ett 8,2 meter i diameter. Det anses vara den största markbaserade strukturen för studier av astronomi, och publicerar i genomsnitt ett vetenskapligt dokument per dag.

Forskare använder också MBT () och specialverktyg för att söka efter steniga planeter i de "beboeliga" (tillåter flytande vatten) zoner i andra solsystem. I maj 2016, med hjälp av TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope), upptäckte forskare i Chile sju exoplaneter i jordstorlek i den beboeliga zonen.

Samtidigt har rymdfarkosten NASA Kepler, skapad speciellt för dessa ändamål, redan identifierat mer än 2 000 exoplaneter. James Webb Space Telescope (JWST), planerad att lanseras i oktober 2018, kommer att öppna för aldrig tidigare skådade möjligheter att testa exoplaneter för närvaron av liv. "Om dessa planeter har atmosfärer kommer Webb-teleskopet att vara nyckeln till att låsa upp deras hemligheter", säger Doug Hudgins, en forskare med NASA:s exoplanetprogram vid dess högkvarter i Washington.

Lanseringskostnad

Starshot-moderskeppet kommer att lyftas från marken av en bärraket och sedan släppa tusen små plattor i rymden. Kostnaden för att skjuta upp nyttolaster med engångsraketer är för hög, men företag som SpaceX och Blue Origin visar verkligen hopp om att använda återanvändbara raketer som avsevärt kommer att minska uppskjutningskostnaderna. SpaceX har redan kunnat sänka lanseringskostnaderna för Falcon 9 med 60 miljoner dollar. Med den ökande andelen privata rymdföretag på den globala marknaden kommer uppskjutning av återanvändbara raketer att bli mer tillgängligt och billigare.

Stjärnplatta

Varje 15 mm wafer kommer att behöva rymma en mängd olika komplexa elektroniska enheter, såsom en navigator, en kamera, en kommunikationslaser, ett radioisotopbatteri, en multiplexkamera och en gränssnittskamera. Möjligheten att packa en hel rymdfarkost på en liten platta förklaras av den exponentiella minskningen av storleken på sensorer och chips.

På 1960-talet bestod de första datorchipsen av en handfull transistorer. Idag, tack vare Moores lag, kan vi montera miljarder transistorer på ett enda chip. Den första digitalkameran vägde 8 pund och fick 0,01 megapixel. Nu passar digitalkameror som tar högkvalitativa 12 megapixlar färgbilder i en smartphone med en massa andra sensorer som GPS, accelerometer och gyroskop. Med tillkomsten av mindre satelliter som ger bättre data ser vi att alla dessa förbättringar tillämpas på rymdutforskning.

För att Starshot ska bli framgångsrikt behöver vi att chippet väger cirka 0,22 gram år 2030. Om förbättringstakten fortsätter tyder prognoser på att detta är fullt möjligt.

Lätt segel

Seglet måste vara tillverkat av ett material som är mycket reflekterande (för att få maximal acceleration från lasern), minimalt absorberande (så att det inte brinner av värmen) och även mycket lätt i vikt (som tillåter snabb acceleration). Detta är en extremt komplex kombination och inget lämpligt material har ännu hittats.

Användningen av artificiell intelligensautomation kommer att påskynda upptäckten av sådana material. Kärnan i automatisering är att maskinen kommer att kunna generera ett bibliotek med tiotusentals material för testning. Detta kommer att göra det mycket lättare för ingenjörer att välja de bästa alternativen för forskning och utveckling.

Batteri

Även om Starchip kommer att använda ett litet kärnkraftsradioisotopbatteri för den 24-åriga resan, kommer vi fortfarande att behöva konventionella kemiska batterier för lasrarna. Lasrar kommer att förbruka enorma mängder energi på kort tid, vilket innebär att strömmen måste hållas så nära som möjligt.

Batterikapaciteten växer med i genomsnitt 5-8 % per år; Vi märker ofta inte detta eftersom energiförbrukningen för prylar ökar proportionellt, vilket gör att den totala livslängden är densamma. Om dynamiken i batteriförbättringen fortsätter bör de om 20 år ha en ökning på 3-5 gånger sin nuvarande kapacitet. Dessa förväntningar bygger på Tesla-Solar Citys innovation från investeringar i batteriteknologi. Företag i Kauai har redan installerat cirka 55 000 batterier för att driva mycket av sin infrastruktur.

Lasrar

Tusentals kraftfulla lasrar kommer att användas för att accelerera seglet till ljushastigheter.

Laserteknologin följde Moores lag i samma takt som integrerade kretsar, och halverade kostnads-till-effektförhållandet var 18:e månad. Särskilt det senaste decenniet har sett en ökning av effektskalning för diod- och fiberlasrar, där den förra har kunnat pressa ut 10 kilowatt ur singelmodsfiber 2010 och 100 kilowatt månader senare. Tillsammans med konventionell kraft behöver vi också förbättra fasad array-laserfusionsteknik.

Fart

Vår förmåga att röra sig snabbt, rörde sig snabbt... 1804 uppfanns det första ångloket och nådde en aldrig tidigare skådad hastighet på 110 km/h. Rymdfarkosten Helios 2 slog detta rekord 1976 och flyttade sig bort från jorden med en hastighet av 356 040 km/h. 40 år senare nådde rymdfarkosten New Horizons en heliocentrisk hastighet på nästan 45 km/s eller 160 000 km/h. Men även med dessa hastigheter kommer det att ta väldigt lång tid att komma till Alpha Centauri, mer än fyra ljusår bort.

Även om det är vanligt i partikelacceleratorer att accelerera subatomära partiklar till ljusets hastighet, har detta aldrig tidigare uppnåtts av makroskopiska objekt. Att uppnå bara 20 % av ljusets hastighet för Starshot skulle representera en 1000-faldig ökning av hastigheten för allt som någonsin byggts av människan.

Datalagring

Grunden för beräkning är förmågan att lagra information. Starshot förlitar sig på att fortsätta minska kostnaderna och storleken på digitalt minne för att säkerställa att det finns tillräcklig kapacitet för att lagra dess program och bilder som tagits i Alpha Centauri-systemet och dess planeter.

Kostnaden för minne har sjunkit exponentiellt i decennier: 1970 kostade en megabyte omkring en miljon dollar; Nu cirka 0,1 cent. Lagringsstorlekarna har också krympt, från en 5-megabyte hårddisk laddad med en gaffeltruck 1956 till de nu tillgängliga 512-gigabyte USB-minnena som väger några gram.

Förbindelse

När de första bilderna har tagits emot kommer Starchip att skicka dem till jorden för bearbetning.

Sedan Alexander Graham Bell uppfann telefonen 1876 har telekommunikationen kommit långt. Den genomsnittliga internethastigheten i USA är idag cirka 11 megabit per sekund. Bandbredden och hastigheten Starshot behöver för att skicka digitala bilder över fyra ljusår (eller 20 biljoner miles) kommer att kräva det senaste inom kommunikationsteknik.

En lovande teknik är Li-Fi, en trådlös anslutning 100 gånger snabbare än Wi-Fi. Den andra är optiska fibrer, som nu tillåter överföring av 1,125 terabit per sekund. Utöver dessa finns det utvecklingar inom området kvantkommunikation, som inte bara är ultrasnabb, utan också absolut säker.

Databehandling

Det sista steget i Starshot-projektet är att analysera data som tas emot från rymdfarkosten. Satsningen är på en exponentiell ökning av datorkraften med en biljonfaldig ökning under de kommande 60 åren.

Den snabba minskningen av kostnaden för detta ögonblick är till stor del förknippad med utvecklingen av cloud computing. Om man ser till framtiden lovar kvanen tusenfaldig ökning av kraften när den första datan tas emot från Starshot. Sådana avancerade processorer kommer att göra det möjligt att utföra komplexa vetenskapliga simuleringar och analyser av närliggande stjärnsystem.

Prenumerera på rymdturismnyheter och ta reda på allt om hur du flyger ut i rymden nu! Elon Musk godkänner.

Kommer vi verkligen att kunna nå okända planeter bortom solsystemet? Hur är detta ens möjligt?

Science fiction-författarna och filmskaparna är förstås fantastiska, de gjorde ett bra jobb. Du vill verkligen tro på färgstarka berättelser där människor erövrar rymdens yttersta hörn. Tyvärr, innan denna bild blir verklighet, måste vi övervinna många begränsningar. Till exempel fysikens lagar som vi ser dem nu.

Men! Under de senaste åren har flera frivilliga och privatfinansierade organisationer dykt upp (Tau Zero Foundation, Project Icarus, Project Breakthrough Starshot), var och en med målet att skapa transporter för interstellära flygningar och föra mänskligheten närmare att erövra universum. Deras hopp och tro på framgång stärks av positiva nyheter, till exempel en planet i storleken av jorden som kretsar runt stjärnan Proxima Centauri.

Skapandet av en interstellär rymdfarkost kommer att vara ett av diskussionsämnena vid BBC Future World Summit "Ideas that change the world" i Sydney i november. Kommer människan att kunna resa till andra galaxer? Och i så fall, vilka typer av rymdfarkoster kommer vi att behöva för detta?

Var ska vi gå?

Vart är det inte värt att flyga? Det finns fler stjärnor i universum än det finns sandkorn på jorden – cirka 70 sextillioner (det är 22 nollor efter sju) – och forskare uppskattar att miljarder av dem har en till tre planeter i omloppsbana i den så kallade "Goldilocks-zonen". : de har inte för många kalla och inte för varma. Precis rätt .

Från allra första början till nu har den bästa kandidaten för den första interstellära flygningen varit vår närmaste granne, trippelstjärnsystemet Alpha Centauri. Den ligger 4,37 ljusår från jorden. I år upptäckte astronomer vid European Southern Observatory en planet i storleken jorden runt stjärnbildens röda dvärg Proxima Centauri. Planeten, som heter Proxima b, är minst 1,3 gånger jordens massa och har en mycket kort omloppstid runt sin stjärna - bara 11 jorddagar. Men fortfarande, denna nyhet gjorde extremt upphetsade astronomer och exoplanetjägare, eftersom temperaturregimen för Proxima b är lämplig för förekomsten av flytande vatten, och detta är ett allvarligt plus för möjlig beboelighet.

Men det finns nackdelar: vi vet inte om Proxima b har en atmosfär, och med tanke på dess närhet till Proxima Centauri (närmare än Merkurius till solen), kommer den sannolikt att utsättas för stjärnplasmaemissioner och strålning. Och den är så låst av tidvattenkrafter att den ena sidan alltid är vänd mot stjärnan. Detta kan naturligtvis helt förändra våra idéer om dag och natt.

Och hur tar vi oss dit?

Detta är frågan om 64 biljoner dollar. Även med den maximala hastighet som modern teknik tillåter oss att utveckla, är vi 18 tusen år ifrån Proxima B. Och det finns en stor sannolikhet att när vi når målet kommer vi att mötas där... våra ättlingar på jorden, som redan har koloniserat den nya planeten och tagit hela äran för sig själva. Så djupa sinnen och djupa fickor sätter sig en ambitiös uppgift: att hitta ett snabbare sätt att korsa stora avstånd.

Breakthrough Starshot är ett rymdprojekt på 100 miljoner dollar finansierat av den ryske miljardären Yuri Milner. Genombrott Starshot fokuserade på att skapa små obemannade sonder med lätta segel som drivs av en kraftfull markbaserad laser. Tanken är att en rymdfarkost som väger tillräckligt (knappt 1 gram) med ett lätt segel regelbundet skulle kunna accelereras av en kraftfull ljusstråle från jorden till ungefär en femtedel av ljusets hastighet. I denna takt kommer nanosonder att nå Alpha Centauri om cirka 20 år.

Utvecklarna av Breakthrough Starshot-projektet räknar med miniatyrisering av all teknik, eftersom den lilla rymdsonden måste bära en kamera, propeller, strömförsörjning, kommunikation och navigationsutrustning. Allt för att kommunicera vid ankomsten: "Titta, jag är här. Men hon snurrar inte alls." Miller hoppas att det kommer att fungera och lägga grunden för nästa, mer komplexa steg av interstellära resor: mänskliga resor.

Hur är det med varpmotorer?

Ja, i Star Trek-serien ser allt väldigt enkelt ut: slå på varpmotorn och flyg snabbare än ljusets hastighet. Men allt vi för närvarande vet om fysikens lagar säger oss att resa snabbare än, eller till och med lika med, ljusets hastighet är omöjligt. Men forskare ger inte upp: NASA inspirerades av en annan spännande motor från science fiction och lanserade NASA Evolutionary Xenon Thruster-projektet (förkortat NEXT) - en jonmotor som kan accelerera rymdfarkoster till hastigheter på 145 tusen km/h, med bara en bråkdel bränsle för en konventionell raket.

Men även vid sådana hastigheter kommer vi inte att kunna flyga långt från solsystemet under en mänsklig livstid. Tills vi kommer på hur vi ska arbeta med rymdtid kommer interstellära resor att gå väldigt, väldigt långsamt. Kanske är det dags att börja se tiden som galaktiska vandrare kommer att tillbringa ombord på ett interstellärt rymdskepp som helt enkelt liv och inte som en resa på en "rymdbuss" från punkt A till punkt B.

Hur ska vi överleva interstellära resor?

Varpmotorer och jonmotorer är naturligtvis väldigt coola, men allt detta kommer att vara till liten nytta om våra interstellära resenärer dör av hunger, kyla, uttorkning eller syrebrist innan de ens lämnar solsystemet. Forskaren Rachel Armstrong hävdar att det är dags för oss att fundera på att skapa ett verkligt ekosystem för den interstellära mänskligheten.

"Vi går från en industriell syn till en ekologisk vision av verkligheten", säger Armstrong.

Armstrong, professor i experimentell arkitektur vid Newcastle University i Storbritannien, säger om begreppet "värld": "Det handlar om livsrummet, inte bara utformningen av objektet." Idag, inne i ett rymdskepp eller station, är allt sterilt och ser ut som en industrianläggning. Armstrong tycker att vi istället ska tänka på miljöaspekterna av rymdskepp: växterna vi kan odla ombord, och till och med vilka typer av jordar vi tar med oss. I framtiden, föreslår hon, kommer rymdskepp att se ut som gigantiska biomer fulla av organiskt liv, snarare än dagens kalla metalllådor.

Kan vi inte bara sova hela vägen?

Kryosömn och viloläge är förstås en bra lösning på ett ganska obehagligt problem: hur man håller människor vid liv under en resa som varar mycket längre än människans liv i sig. Åtminstone är det så de gör i filmerna. Och världen är full av kryooptimister: Alcor Life Extension Foundation håller många kryokonserverade kroppar och huvuden av människor som hoppas att våra ättlingar ska lära sig att säkert tina upp människor och bli av med för närvarande obotliga sjukdomar, men för närvarande gör inte sådana tekniker det existera.

Filmer som Interstellar och böcker som Neal Stephensons Seveneves har spridit idén om att skicka frusna embryon ut i rymden som kan överleva även den längsta flygningen eftersom de inte behöver äta, dricka eller andas. Men detta väcker problemet med "kyckling och ägg": någon måste ta hand om denna begynnande mänsklighet i en omedveten ålder.

Så är allt detta på riktigt?

"Sedan mänsklighetens gryning har vi sett till stjärnorna och vänt våra förhoppningar och rädslor, oro och drömmar mot dem", säger Rachel Armstrong.

Med lanseringen av nya ingenjörsprojekt som Breakthrough Starshot, "blir drömmen ett riktigt experiment."

Vår läsare Nikita Ageev frågar: vad är huvudproblemet med interstellära resor? Svaret, som , kommer att kräva en lång artikel, även om frågan kan besvaras med en enda symbol: c .

Ljusets hastighet i vakuum, c, är ungefär trehundratusen kilometer per sekund, och det är omöjligt att överskrida den. Därför är det omöjligt att nå stjärnorna snabbare än på några år (ljus färdas 4.243 år till Proxima Centauri, så rymdfarkosten kan inte komma fram ännu snabbare). Lägger man till tiden för acceleration och inbromsning med acceleration som är mer eller mindre acceptabel för människor får man cirka tio år till närmaste stjärna.

Vilka är förutsättningarna att flyga i?

Och denna period är redan ett betydande hinder i sig, även om vi ignorerar frågan "hur man accelererar till en hastighet nära ljusets hastighet." Nu finns det inga rymdskepp som skulle tillåta besättningen att leva autonomt i rymden så länge - astronauterna får ständigt färska förnödenheter från jorden. Vanligtvis börjar samtal om problemen med interstellära resor med mer grundläggande frågor, men vi börjar med rent tillämpade problem.

Inte ens ett halvt sekel efter Gagarins flygning kunde ingenjörer skapa en tvättmaskin och en tillräckligt praktisk dusch för rymdfarkoster, och toaletter designade för viktlöshet går sönder på ISS med avundsvärd regelbundenhet. En flygning till åtminstone Mars (22 ljusminuter istället för 4 ljusår) utgör redan en icke-trivial uppgift för VVS-designers: så för en resa till stjärnorna kommer det att vara nödvändigt att åtminstone uppfinna en rymdtoalett med en tjugoårig garanti och samma tvättmaskin.

Vatten för att tvätta, tvätta och dricka måste också antingen tas med eller återanvändas. Liksom luft och mat måste också antingen lagras eller odlas ombord. Experiment för att skapa ett slutet ekosystem på jorden har redan utförts, men deras förhållanden var fortfarande mycket annorlunda än rymden, åtminstone i närvaro av gravitation. Mänskligheten vet hur man förvandlar innehållet i en kammarkruka till rent dricksvatten, men i det här fallet är det nödvändigt att kunna göra detta i noll tyngdkraft, med absolut tillförlitlighet och utan en lastbil med förbrukningsvaror: ta en lastbil med filterpatroner till stjärnorna är för dyra.

Att tvätta strumpor och skydda mot tarminfektioner kan tyckas vara för banala, "icke-fysiska" restriktioner för interstellära flygningar - men alla erfarna resenärer kommer att bekräfta att "små saker" som obekväma skor eller magbesvär från obekant mat på en autonom expedition kan vända till ett hot mot livet.

Att lösa även grundläggande vardagsproblem kräver en lika seriös teknisk bas som utvecklingen av i grunden nya rymdmotorer. Om på jorden en utsliten packning i en toalettcistern kan köpas i närmaste butik för två rubel, är det på Mars-skeppet nödvändigt att tillhandahålla antingen en reserv alla liknande delar, eller en tredimensionell skrivare för tillverkning av reservdelar av universella plastråvaror.

I US Navy 2013 på allvar startade 3D-utskrift efter att vi utvärderat tiden och pengarna som lagts ner på att reparera militär utrustning med traditionella metoder i fält. Militären resonerade att det var lättare att skriva ut någon sällsynt packning för en helikopterkomponent som hade utgått för tio år sedan än att beställa en del från ett lager på en annan kontinent.

En av Korolevs närmaste medarbetare, Boris Chertok, skrev i sina memoarer "Rockets and People" att vid en viss tidpunkt stod det sovjetiska rymdprogrammet inför en brist på kontaktkontakter. Pålitliga kontakter för flerkärniga kablar måste utvecklas separat.

Förutom reservdelar till utrustning, mat, vatten och luft kommer astronauter att behöva energi. Motorn och utrustningen ombord kommer att behöva energi, så problemet med en kraftfull och pålitlig källa måste lösas separat. Solbatterier är inte lämpliga, även om det bara är på grund av avståndet från stjärnorna under flygning, ger radioisotopgeneratorer (de driver Voyagers och New Horizons) inte den kraft som krävs för en stor bemannad rymdfarkost, och de har ännu inte lärt sig hur man gör fullt kärnkraftsreaktorer för rymden.

Det sovjetiska kärnkraftsdrivna satellitprogrammet kantades av en internationell skandal efter kraschen av Cosmos 954 i Kanada, såväl som en rad mindre dramatiska misslyckanden; liknande arbete i USA stoppades ännu tidigare. Nu har Rosatom och Roscosmos för avsikt att skapa ett rymdkärnkraftverk, men det är fortfarande installationer för kortdistansflyg, och inte en flerårig resa till ett annat stjärnsystem.

Kanske istället för en kärnreaktor kommer framtida interstellära rymdfarkoster att använda tokamaks. Om hur svårt det är att åtminstone korrekt bestämma parametrarna för termonukleär plasma, vid MIPT i sommar. Förresten, ITER-projektet på jorden fortskrider framgångsrikt: även de som gick in i det första året i dag har alla möjligheter att delta i arbetet med den första experimentella termonukleära reaktorn med en positiv energibalans.

Vad ska man flyga?

Konventionella raketmotorer är inte lämpliga för att accelerera och bromsa ett interstellärt fartyg. De som är bekanta med mekanikkursen som lärs ut vid MIPT under den första terminen kan självständigt beräkna hur mycket bränsle en raket kommer att behöva för att nå minst hundra tusen kilometer per sekund. För dem som ännu inte är bekanta med Tsiolkovsky-ekvationen kommer vi omedelbart att meddela resultatet - massan av bränsletankar visar sig vara betydligt högre än solsystemets massa.

Bränsletillförseln kan minskas genom att öka hastigheten med vilken motorn avger arbetsvätskan, gasen, plasman eller något annat, upp till en stråle av elementarpartiklar. För närvarande används plasma- och jonmotorer aktivt för flygningar av automatiska interplanetära stationer inom solsystemet eller för korrigering av geostationära satelliters omloppsbana, men de har ett antal andra nackdelar. I synnerhet ger alla sådana motorer för lite dragkraft, de kan ännu inte ge fartyget en acceleration på flera meter per sekund i kvadrat.

MIPT vicerektor Oleg Gorshkov är en av de erkända experterna inom området plasmamotorer. Motorer i SPD-serien tillverkas av Fakel Design Bureau, dessa är serieprodukter för omloppskorrigering av kommunikationssatelliter.

På 1950-talet utvecklades ett motorprojekt som skulle använda impulsen från en kärnvapenexplosion (Orion-projektet), men det var långt ifrån att bli en färdig lösning för interstellära flygningar. Ännu mindre utvecklad är designen av en motor som använder den magnetohydrodynamiska effekten, det vill säga accelererar på grund av interaktion med interstellär plasma. Teoretiskt sett kan en rymdfarkost "suga" plasma inuti och kasta ut den igen för att skapa jettryck, men detta utgör ett annat problem.

Hur man överlever?

Interstellär plasma är i första hand protoner och heliumkärnor, om vi betraktar tunga partiklar. När de rör sig med hastigheter av storleksordningen hundratusentals kilometer per sekund, förvärvar alla dessa partiklar energi av megaelektronvolt eller till och med tiotals megaelektronvolt - samma mängd som produkterna från kärnreaktioner. Tätheten hos det interstellära mediet är cirka hundra tusen joner per kubikmeter, vilket innebär att en kvadratmeter av fartygets skrov per sekund kommer att ta emot cirka 10 13 protoner med energier på tiotals MeV.

En elektronvolt, eV,― Detta är den energi som en elektron får när den flyger från en elektrod till en annan med en potentialskillnad på en volt. Ljuskvanter har denna energi, och ultravioletta kvantor med högre energi kan redan skada DNA-molekyler. Strålning eller partiklar med energier av megaelektronvolt åtföljer kärnreaktioner och kan dessutom själva orsaka dem.

Sådan bestrålning motsvarar en absorberad energi (förutsatt att all energi absorberas av huden) på tiotals joule. Dessutom kommer denna energi inte bara att komma i form av värme, utan kan delvis användas för att initiera kärnreaktioner i fartygets material med bildandet av kortlivade isotoper: med andra ord kommer fodret att bli radioaktivt.

Vissa av de infallande protonerna och heliumkärnorna kan avböjas åt sidan av ett magnetfält; inducerad strålning och sekundär strålning kan skyddas av ett komplext skal av många lager, men dessa problem har inte heller någon lösning ännu. Dessutom kommer grundläggande svårigheter av formen "vilket material som kommer att förstöras minst av bestrålning" vid servicefasen av fartyget under flygning att bli särskilda problem - "hur man skruvar loss fyra 25 bultar i ett fack med en bakgrund på femtio millisievert per timme."

Låt oss komma ihåg att under den senaste reparationen av Hubble-teleskopet misslyckades astronauterna initialt med att skruva loss de fyra bultarna som säkrade en av kamerorna. Efter samråd med jorden bytte de ut den vridmomentbegränsande nyckeln med en vanlig och använde brute force. Bultarna flyttade sig på plats, kameran byttes ut. Om den fastnade bulten hade tagits bort skulle den andra expeditionen ha kostat en halv miljard US-dollar. Eller så hade det inte hänt alls.

Finns det några lösningar?

Inom science fiction (ofta mer fantasy än vetenskap) utförs interstellära resor genom "subrymdtunnlar". Formellt tillåter Einsteins ekvationer, som beskriver rymdtidens geometri beroende på massan och energin fördelad i denna rumtid, något liknande - bara de uppskattade energikostnaderna är ännu mer deprimerande än uppskattningar av mängden raketbränsle för en flyg till Proxima Centauri. Du behöver inte bara mycket energi utan även energitätheten måste vara negativ.

Frågan om det är möjligt att skapa ett stabilt, stort och energiskt möjligt "maskhål" är knuten till grundläggande frågor om universums struktur som helhet. Ett av de olösta problemen inom fysiken är frånvaron av gravitation i den så kallade standardmodellen, en teori som beskriver elementarpartiklars beteende och tre av de fyra grundläggande fysiska interaktionerna. De allra flesta fysiker är ganska skeptiska till att det i kvantteorin om gravitation kommer att finnas en plats för interstellära "hopp genom hyperrymden", men strängt taget förbjuder ingen att försöka leta efter en lösning för flygningar till stjärnorna.

Tusentals science fiction-romaner beskriver gigantiska foton-rymdskepp storleken på en liten (eller stor) stad, som lämnar på en interstellär flygning från vår planets omloppsbana (mindre ofta, från jordens yta). Men enligt författarna till Breakthrough Starshot-projektet kommer allt att hända helt annorlunda: på en betydande dag kommer tvåtusen av något år, inte ett eller två, utan hundratals och tusentals små rymdskepp, storleken som en fingernagel, att skjuta upp till ett av närmaste stjärnor, Alpha Centauri. och väger 1 g. Och var och en av dem kommer att ha det tunnaste solseglet med en yta på 16 m 2, som kommer att bära rymdskeppet med ständigt ökande hastighet framåt - till stjärnorna.

Tackling. För att behålla formen på seglet är det planerat att förstärka det med grafen. Vissa grafenbaserade kompositmaterial kan dra ihop sig under pålagd elektrisk spänning för aktiv kontroll. För att stabilisera kan seglet vridas eller formas till en omvänd kon för passiv självstabilisering i laserstrålningsfältet. Solsegel. En av huvuddelarna i projektet är ett solsegel med en yta på 16 m² och en massa på endast 1 g. Segelmaterialet är dielektriska flerskiktsspeglar som reflekterar 99,999 % av det infallande ljuset (enligt preliminära beräkningar, detta bör räcka för att förhindra att seglet smälter i en 100 GW strålningsfältlaser). Ett mer lovande tillvägagångssätt, som gör det möjligt att göra seglets tjocklek mindre än våglängden för reflekterat ljus, är att använda ett monolager av metamaterial med negativt brytningsindex som grund för seglet (ett sådant material har också nanoperforering, vilket vidare minskar dess massa). Det andra alternativet är att använda ett material som inte har en hög reflektionskoefficient, utan med en låg absorptionskoefficient (10−9), såsom optiska material för ljusledare.

"Shot to the Stars"

Breakthrough Starshot-projektet baserades på en artikel av fysikprofessor Philip Lubin vid UC Santa Barbara, "A Roadmap to Interstellar Flight." Det främsta uttalade målet med projektet är att göra interstellära flygningar möjliga inom livslängden för nästa generation av människor, det vill säga inte om århundraden, utan om decennier.

Flykt plan

1. Raketen skjuter upp i låg omloppsbana runt ett moderskepp som innehåller tiotals, hundratals, tusentals eller tiotusentals sonder. 2. Sonderna lämnar moderskeppet, fäller ut segel, orienterar sig och tar sin startposition. 3. En fasad array med dimensionerna 1 x 1 km på 20 miljoner små (med en öppning på 20−25 cm) lasersändare börjar verka på jorden och fokuserar laserstrålen på seglets yta. 4. För att kompensera för atmosfäriska störningar används stödbojar - "konstgjorda stjärnor" i den övre atmosfären, på moderskeppet, såväl som en reflekterad signal från seglet. 5. Sonden accelereras av en laserstråle inom några minuter till 20 % av ljusets hastighet, och accelerationen når 30 000 g. Under hela flygningen, som kommer att pågå i cirka 20 år, spårar lasern med jämna mellanrum sondens position. 6. Vid ankomsten till målet, i Alpha Centauri-systemet, försöker sonderna upptäcka planeter och ta bilder av dem under deras förbiflygning. 7. Med hjälp av seglet som Fresnel-lins och en laserdiod som sändare, orienterar sonden sig själv och sänder mottagna data i riktning mot jorden. 8. Efter fem år tas dessa data emot på jorden.

Omedelbart efter det officiella tillkännagivandet av Starshot-programmet drabbades författarna av projektet av en våg av kritik från forskare och tekniska specialister inom olika områden. Kritiska experter noterade många felaktiga bedömningar och helt enkelt "tomma fläckar" i programplanen. Vissa kommentarer togs i beaktande och färdplanen justerades något i den första iterationen.

Så den interstellära sonden kommer att vara en rymdsegelbåt med en StarChip elektronisk modul som väger 1 g, ansluten med kraftiga remmar till ett solsegel med en yta på 16 m 2, en tjocklek på 100 nm och en massa på 1 g Naturligtvis räcker inte vår sols ljus för att accelerera ens en sådan ljusstruktur till hastigheter vid vilka interstellär resor inte kommer att pågå i årtusenden. Därför är StarShot-projektets främsta höjdpunkt acceleration med kraftfull laserstrålning, som är fokuserad på seglet. Lubin uppskattar att med en laserstråleeffekt på 50-100 GW kommer accelerationen att vara cirka 30 000 g, och på några minuter kommer sonden att nå 20% av ljusets hastighet. Flygningen till Alpha Centauri kommer att pågå i cirka 20 år.

Under stjärnseglen

En av de viktigaste detaljerna i projektet är solseglet. I den ursprungliga versionen var segelytan till en början bara 1 m 2, och på grund av detta kunde den inte motstå uppvärmning under acceleration i laserstrålningsfältet. Den nya versionen använder ett segel med en yta på 16 m2, så den termiska regimen, även om den är ganska hård, men enligt preliminära uppskattningar, bör inte smälta eller förstöra seglet. Som Philip Lubin själv skriver är det planerat att inte använda metalliserade beläggningar, utan helt dielektriska flerskiktsspeglar som grund för seglet: ”Sådana material kännetecknas av en måttlig reflektionskoefficient och extremt låg absorption. Låt oss säga att optiska glasögon för fiberoptik är designade för höga ljusflöden och har en absorption på cirka tjugo biljondelar per 1 mikron tjocklek." Det är inte lätt att uppnå en bra reflektionskoefficient från ett dielektrikum med en segeltjocklek på 100 nm, vilket är mycket mindre än våglängden. Men projektets författare har ett visst hopp om att använda nya tillvägagångssätt, som monolager av metamaterial med ett negativt brytningsindex. "Du måste också tänka på att reflektionen från dielektriska speglar är inställd på ett smalt våglängdsområde, och när sonden accelererar ändrar dopplereffekten våglängden med mer än 20%", säger Lubin. "Vi tog hänsyn till detta, så reflektorn kommer att justeras till ungefär tjugo procent av strålningsbandbredden." Vi designade sådana reflexer. Vid behov finns även reflektorer med större bandbredd tillgängliga.”

Yuri Milner, rysk affärsman och filantrop, grundare av Breakthrough Initiatives Foundation: Under de senaste 15 åren har betydande, kan man säga, revolutionerande framsteg skett inom tre tekniska områden: miniatyrisering av elektroniska komponenter, skapande av en ny generation av material, och även minskning av kostnader och ökning av lasereffekt. Kombinationen av dessa tre trender leder till den teoretiska möjligheten att accelerera en nanosatellit till nästan relativistiska hastigheter. I det första skedet (5−10 år) planerar vi att genomföra en mer djupgående vetenskaplig och ingenjörsstudie för att förstå hur genomförbart detta projekt är. På projektets hemsida finns en lista på ett 20-tal allvarliga tekniska problem, utan att lösa vilka vi inte kommer att kunna gå vidare med. Det här är ingen definitiv lista, men utifrån det vetenskapliga rådets åsikt anser vi att projektets första etapp har tillräcklig motivation. Jag vet att stjärnsegelprojektet är föremål för allvarlig kritik från experter, men jag tror att vissa kritiska experters ställning är förknippad med en inte helt korrekt förståelse av vad vi egentligen föreslår. Vi finansierar inte en flygning till en annan stjärna, utan snarare realistisk multifunktionell utveckling relaterad till idén om en interstellär sond endast i en allmän riktning. Dessa tekniker kommer att användas både för flygningar i solsystemet och för skydd mot farliga asteroider. Men att sätta upp ett så ambitiöst strategiskt mål som interstellär flygning verkar motiverat i den meningen att utvecklingen av teknik under de senaste 10-20 åren förmodligen gör att genomförandet av ett sådant projekt inte är en fråga om århundraden, som många antog, utan snarare om decennier.

Lasermaskin

Rymdskeppets huvudkraftverk kommer inte att flyga till stjärnorna - det kommer att ligga på jorden. Detta är en markbaserad fasad array av lasersändare som mäter 1x1 km. Den totala lasereffekten bör vara från 50 till 100 GW (detta motsvarar effekten av 10−20 Krasnoyarsk vattenkraftverk). Det är tänkt att man ska använda fasning (det vill säga att ändra faserna på varje enskild sändare) för att fokusera strålning med en våglängd på 1,06 μm från hela gittret till en punkt med en diameter på flera meter på avstånd upp till många miljoner kilometer (den maximal fokuseringsnoggrannhet är 10−9 radianer). Men sådan fokusering försvåras avsevärt av den turbulenta atmosfären, som suddar ut strålen till en punkt ungefär lika stor som en bågsekund (10−5 radianer). Förbättringar av fyra storleksordningar förväntas uppnås med hjälp av adaptiv optik (AO), som kommer att kompensera för atmosfäriska distorsioner. De bästa adaptiva optiksystemen i moderna teleskop reducerar oskärpa till 30 millibågsekunder, vilket innebär att det fortfarande finns ungefär två och en halv storleksordning kvar till det avsedda målet.

Philip Lubin ger i sin artikel numeriska uppskattningar av punkterna i planen, men många forskare och specialister är mycket kritiska till dessa data. Att utveckla ett så ambitiöst projekt som Breakthrough Starshot kräver förstås år av arbete, och 100 miljoner dollar är inte en så stor summa för arbete i denna skala. Detta gäller särskilt markinfrastruktur - en fasad uppsättning lasersändare. Att installera en sådan kapacitet (50-100 GW) kommer att kräva en gigantisk mängd energi, det vill säga minst ett dussin stora kraftverk kommer att behöva byggas i närheten. Dessutom kommer det att vara nödvändigt att ta bort en enorm mängd värme från utsändarna under flera minuter, och hur man gör detta är fortfarande helt oklart. Det finns ett stort antal sådana obesvarade frågor i Breakthrough Starshot-projektet, men än så länge har arbetet precis börjat. "Det vetenskapliga rådet för vårt projekt inkluderar ledande experter, forskare och ingenjörer inom olika relevanta områden, inklusive två Nobelpristagare", säger Yuri Milner. "Och jag har hört mycket balanserade bedömningar av genomförbarheten av det här projektet. När vi gör det förlitar vi oss verkligen på den samlade expertisen från alla medlemmar i vårt vetenskapliga råd, men samtidigt är vi öppna för en bredare vetenskaplig diskussion.”

"För att övervinna småskalig atmosfärisk turbulens måste den fasade arrayen brytas ner i mycket små element, storleken på det emitterande elementet för vår våglängd bör inte vara mer än 20-25 cm", förklarar Philip Lubin. — Det här är minst 20 miljoner utsläppare, men en sådan siffra skrämmer mig inte. För återkoppling i AO-systemet planerar vi att använda många referenskällor - beacons - både på sonden, på moderskeppet och i atmosfären. Dessutom kommer vi att spåra sonden på väg mot målet. Vi vill också använda stjärnorna som en boj för att justera fasningen av arrayen när vi tar emot signalen från sonden vid ankomsten, men kommer att spåra sonden för att vara säker."

Ankomst

Men sedan anlände sonden till Alpha Centauri-systemet, fotograferade omgivningen av systemet och planeten (om det finns några). Denna information måste på något sätt överföras till jorden, och effekten av sondens lasersändare är begränsad till några watt. Och efter fem år måste denna svaga signal tas emot på jorden, vilket isolerar stjärnor från bakgrundsstrålningen. Enligt författarna till projektet manövrar sonden mot målet på ett sådant sätt att seglet förvandlas till en Fresnel-lins, och fokuserar sondsignalen i riktning mot jorden. Det uppskattas att ett idealiskt objektiv med idealisk fokusering och idealisk orientering förstärker en 1 W-signal till 10 13 W isotropisk ekvivalent. Men hur kan vi betrakta denna signal mot bakgrund av mycket kraftigare (med 13−14 storleksordningar!) strålning från stjärnan? "Ljuset från stjärnan är faktiskt ganska svagt eftersom linjebredden på vår laser är mycket liten. En smal linje är nyckeln till att minska bakgrunden, säger Lubin. "Idén att göra en Fresnel-lins av ett segel baserat på ett tunnfilmsdiffraktivt element är ganska komplex och kräver mycket förarbete för att förstå exakt hur man bäst gör detta. Denna punkt är faktiskt en av huvudpunkterna i vår projektplan.”

Å andra sidan är en fasad array av optiska sändare/strålningsmottagare med en total bländaröppning på en kilometer ett instrument som kan se exoplaneter från avstånd av tiotals parsek. Med hjälp av avstämbara våglängdsmottagare kan sammansättningen av atmosfären hos exoplaneter bestämmas. Behövs det överhuvudtaget sonder i det här fallet? "Visst, att använda en fasad array som ett mycket stort teleskop öppnar nya möjligheter inom astronomi. "Men", tillägger Lubin, "vi planerar att lägga till en infraröd spektrometer till sonden som ett långsiktigt program utöver kameran och andra sensorer." Vi har en fantastisk fotonikgrupp på UC Santa Barbara som är en del av samarbetet.”

Men i alla fall, enligt Lubin, kommer de första flygningarna att göras inom solsystemet: ”Eftersom vi kan skicka ett enormt antal sonder ger detta oss många olika möjligheter. Vi kan också skicka liknande små (wafer-skala, det vill säga på ett chip) sonder på konventionella raketer och använda samma teknik för att studera jorden eller planeterna och deras satelliter i solsystemet."

Redaktörerna tackar tidningen "Trinity Variant - Science" och dess chefredaktör Boris Stern för deras hjälp med att förbereda artikeln.

Solsystemet har länge inte varit särskilt intressant för science fiction-författare. Men, överraskande, för vissa forskare orsakar inte våra "inhemska" planeter mycket inspiration, även om de ännu inte har praktiskt utforskats.

Efter att knappt ha öppnat ett fönster ut i rymden, rusar mänskligheten in på okända avstånd, och inte bara i drömmar, som tidigare.
Sergei Korolev lovade också att snart flyga ut i rymden "på en facklig biljett", men den här frasen är redan ett halvt sekel gammal, och en rymdodyssé är fortfarande elitens lott - ett för dyrt nöje. Men för två år sedan lanserade HACA ett storslaget projekt 100 år rymdskepp, som innebär att man successivt och flerårigt skapar en vetenskaplig och teknisk grund för rymdfärder.

Detta oöverträffade program förväntas locka forskare, ingenjörer och entusiaster från hela världen. Om allt är framgångsrikt kommer mänskligheten om 100 år att kunna bygga ett interstellärt skepp, och vi kommer att röra oss runt i solsystemet som på spårvagnar.

Så vilka problem behöver lösas för att stjärnflyg ska bli verklighet?

TID OCH HASTIGHET ÄR RELATIV

Astronomi med automatiska rymdfarkoster verkar för vissa forskare vara ett nästan löst problem, konstigt nog. Och detta trots att det absolut inte är någon mening med att skjuta upp automatiska maskiner till stjärnorna med den nuvarande snigelns hastighet (cirka 17 km/s) och annan primitiv (för sådana okända vägar) utrustning.

Nu har de amerikanska rymdfarkosterna Pioneer 10 och Voyager 1 lämnat solsystemet, och det finns inte längre något samband med dem. Pioneer 10 rör sig mot stjärnan Aldebaran. Om inget händer med den, kommer den att nå den här stjärnans närhet... om 2 miljoner år. På samma sätt kryper andra enheter över universums vidder.

Så, oavsett om ett fartyg är bebott eller inte, för att flyga till stjärnorna behöver det hög hastighet, nära ljusets hastighet. Detta kommer dock att hjälpa till att lösa problemet med att bara flyga till de närmaste stjärnorna.

"Även om vi lyckades bygga ett rymdskepp som kunde flyga med en hastighet nära ljusets hastighet", skrev K. Feoktistov, "skulle restiden endast i vår galax beräknas i årtusenden och tiotals årtusenden, eftersom dess diameter är cirka 100 000 ljusår år. Men på jorden kommer mycket mer att hända under den här tiden.”

Enligt relativitetsteorin är tidens gång i två system som rör sig i förhållande till varandra olika. Eftersom fartyget över långa avstånd kommer att hinna nå en hastighet mycket nära ljusets hastighet, blir tidsskillnaden på jorden och på fartyget extra stor.

Det antas att det första målet för interstellära flygningar kommer att vara Alpha Centauri (ett system med tre stjärnor) - det närmaste oss. Med ljusets hastighet kan du komma dit på 4,5 år, på jorden kommer det att gå tio år under denna tid. Men ju större avstånd, desto större tidsskillnad.

Kommer du ihåg den berömda "Andromeda Nebula" av Ivan Efremov? Där mäts flygningen i år, och i terrestra år. En vacker saga, inget att säga. Denna eftertraktade nebulosa (närmare bestämt Andromedagalaxen) ligger dock på ett avstånd av 2,5 miljoner ljusår från oss.

Enligt vissa beräkningar kommer resan att ta astronauterna mer än 60 år (enligt rymdskeppsklockor), men en hel era kommer att passera på jorden. Hur kommer deras avlägsna ättlingar att hälsa på rymden "neandertalare"? Och kommer jorden ens vara vid liv? Det vill säga att återvända är i princip meningslöst. Men som själva flygningen: vi måste komma ihåg att vi ser Andromeda-nebulosagalaxen som den var för 2,5 miljoner år sedan - det är så länge dess ljus färdas till oss. Vad är poängen med att flyga till ett okänt mål, som kanske inte har funnits på länge, åtminstone i samma form och på samma plats?

Detta innebär att även flygningar med ljusets hastighet är motiverade endast för relativt nära stjärnor. Men enheter som flyger med ljusets hastighet lever fortfarande bara i teorin, som liknar science fiction, om än vetenskaplig.

ETT FARTYG SOM STORLEK MED EN PLANET

Naturligtvis, först och främst, kom forskare på idén att använda den mest effektiva termonukleära reaktionen i fartygets motor - eftersom den redan delvis hade bemästrats (för militära ändamål). Men för tur och retur med nära ljushastighet, även med en idealisk systemdesign, krävs ett förhållande mellan initial och slutlig massa på minst 10 till den trettionde styrkan. Det vill säga att rymdskeppet kommer att se ut som ett enormt tåg med bränsle lika stor som en liten planet. Det är omöjligt att skjuta upp en sådan koloss i rymden från jorden. Och det är också möjligt att montera det i omloppsbana; det är inte för inte som forskare diskuterar detta alternativ.

Idén med en fotonmotor som använder principen om materiaförintelse är mycket populär.

Annihilation är omvandlingen av en partikel och en antipartikel vid deras kollision till några andra partiklar som skiljer sig från de ursprungliga. Den mest studerade är förintelsen av en elektron och en positron, som genererar fotoner, vars energi kommer att flytta rymdskeppet. Beräkningar av de amerikanska fysikerna Ronan Keene och Wei-ming Zhang visar att det, baserat på modern teknologi, är möjligt att skapa en förintelsemotor som kan accelerera en rymdfarkost till 70 % av ljusets hastighet.

Men ytterligare problem börjar. Tyvärr är det mycket svårt att använda antimateria som raketbränsle. Under förintelsen uppstår utbrott av kraftfull gammastrålning, som är skadligt för astronauter. Dessutom är kontakt av positronbränsle med fartyget kantad av en dödlig explosion. Slutligen finns det ännu inte teknologier för att erhålla en tillräcklig mängd antimateria och dess långtidslagring: till exempel "lever" antiväteatomen nu i mindre än 20 minuter, och produktionen av ett milligram positroner kostar 25 miljoner dollar.

Men låt oss anta att dessa problem med tiden kan lösas. Men du kommer fortfarande att behöva mycket bränsle, och startmassan för fotonskeppet kommer att vara jämförbar med månens massa (enligt Konstantin Feoktistov).

SEGLET ÄR RIVET!

Det mest populära och realistiska rymdskeppet idag anses vara en solsegelbåt, vars idé tillhör den sovjetiske vetenskapsmannen Friedrich Zander.

Ett solsegel (ljus, foton) är en anordning som använder trycket från solljus eller en laser på en spegelyta för att driva fram en rymdfarkost.
1985 föreslog den amerikanske fysikern Robert Forward designen av en interstellär sond som accelererades av mikrovågsenergi. Projektet förutsåg att sonden skulle nå de närmaste stjärnorna om 21 år.

Vid den internationella astronomiska kongressen XXXVI föreslogs ett projekt för ett rymdskepp med laser, vars rörelse tillhandahålls av energin från optiska lasrar som befinner sig i omloppsbana runt Merkurius. Enligt beräkningar skulle vägen för ett rymdskepp av denna design till stjärnan Epsilon Eridani (10,8 ljusår) och tillbaka ta 51 år.

"Det är osannolikt att data som erhålls från resor genom vårt solsystem kommer att göra betydande framsteg för att förstå världen där vi lever. Naturligtvis vänder sig tanken till stjärnorna. När allt kommer omkring var det tidigare förstått att flygningar nära jorden, flygningar till andra planeter i vårt solsystem inte var det slutliga målet. Att bana väg till stjärnorna verkade vara huvuduppgiften.”

Dessa ord tillhör inte en science fiction-författare, utan rymdskeppsdesignern och kosmonauten Konstantin Feoktistov. Enligt forskaren kommer inget särskilt nytt att upptäckas i solsystemet. Och detta trots att människan hittills bara har nått månen...

Men utanför solsystemet kommer solljustrycket att närma sig noll. Därför finns det ett projekt för att accelerera en solsegelbåt med hjälp av lasersystem från någon asteroid.

Allt detta är fortfarande teori, men de första stegen har redan tagits.

1993 sattes ett 20 meter brett solsegel ut för första gången på det ryska fartyget Progress M-15 som en del av Znamya-2-projektet. När man dockade Progress med Mir-stationen, installerade dess besättning en reflektorplaceringsenhet ombord på Progress. Som ett resultat skapade reflektorn en ljuspunkt 5 km bred, som passerade genom Europa till Ryssland med en hastighet av 8 km/s. Ljusfläcken hade en ljusstyrka som ungefär motsvarar fullmånen.

Så, fördelen med en solsegelbåt är bristen på bränsle ombord, nackdelarna är segelstrukturens sårbarhet: i huvudsak är det en tunn folie sträckt över en ram. Var finns garantin att seglet inte tar emot hål från kosmiska partiklar på vägen?

Segelversionen kan vara lämplig för uppskjutning av automatiska sonder, stationer och lastfartyg, men är inte lämplig för bemannade returflyg. Det finns andra rymdskeppsprojekt, men de påminner på ett eller annat sätt om ovanstående (med samma storskaliga problem).

ÖVERRASKNINGAR I INTERSTELLARRYMMEN

Det verkar som att många överraskningar väntar resenärer i universum. Till exempel, när den knappt nådde bortom solsystemet, började den amerikanska apparaten Pioneer 10 uppleva en kraft av okänt ursprung, vilket orsakade svag inbromsning. Många antaganden har gjorts, inklusive de ännu okända effekterna av tröghet eller till och med tid. Det finns fortfarande ingen tydlig förklaring till detta fenomen, en mängd olika hypoteser övervägs: från enkla tekniska sådana (till exempel reaktiv kraft från en gasläcka i en apparat) till införandet av nya fysiska lagar.

En annan enhet, Voyadger-1, upptäckte ett område med ett starkt magnetfält på gränsen till solsystemet. I den gör trycket från laddade partiklar från det interstellära rymden att fältet som skapas av solen blir tätare. Enheten registrerade också:

• en ökning av antalet högenergielektroner (cirka 100 gånger) som tränger in i solsystemet från det interstellära rymden;
• en kraftig ökning av nivån av galaktiska kosmiska strålar - högenergiladdade partiklar av interstellärt ursprung.

Och det här är bara en droppe i havet! Det som är känt idag om det interstellära havet är dock tillräckligt för att tvivla på själva möjligheten att navigera i universums vidder.

Utrymmet mellan stjärnorna är inte tomt. Det finns rester av gas, damm och partiklar överallt. När man försöker resa nära ljusets hastighet kommer varje atom som kolliderar med skeppet att vara som en kosmisk strålpartikel med hög energi. Nivån av hård strålning under ett sådant bombardemang kommer att öka oacceptabelt även under flygningar till närliggande stjärnor.

Och den mekaniska påverkan av partiklar vid sådana hastigheter kommer att vara som explosiva kulor. Enligt vissa beräkningar kommer varje centimeter av rymdskeppets skyddsskärm att avfyras kontinuerligt med en hastighet av 12 skott per minut. Det är klart att ingen skärm klarar sådan exponering under flera års flygning. Eller så måste den ha en oacceptabel tjocklek (tiotals och hundratals meter) och massa (hundratusentals ton).

Egentligen kommer då rymdfarkosten att huvudsakligen bestå av denna skärm och bränsle, vilket kommer att kräva flera miljoner ton. På grund av dessa omständigheter är det omöjligt att flyga med sådana hastigheter, särskilt eftersom du längs vägen kan stöta på inte bara damm, utan också något större, eller fastna i ett okänt gravitationsfält. Och då är döden återigen oundviklig. Således, även om det är möjligt att accelerera rymdskeppet till underljushastighet, kommer det inte att nå sitt slutliga mål - det kommer att finnas för många hinder på vägen. Därför kan interstellära flygningar endast utföras med betydligt lägre hastigheter. Men då gör tidsfaktorn dessa flygningar meningslösa.

Det visar sig att det är omöjligt att lösa problemet med att transportera materiella kroppar över galaktiska avstånd med hastigheter nära ljusets hastighet. Det är ingen idé att bryta igenom rum och tid med hjälp av en mekanisk struktur.

MULLVÅL

Science fiction-författare, som försökte övervinna obönhörlig tid, uppfann hur man "gnager hål" i rummet (och tiden) och "viker" den. De kom på olika hyperrymdhopp från en punkt i rymden till en annan, förbi mellanliggande områden. Nu har vetenskapsmän anslutit sig till science fiction-författarna.

Fysiker började leta efter extrema tillstånd av materia och exotiska kryphål i universum där det är möjligt att röra sig i superluminala hastigheter, i motsats till Einsteins relativitetsteori.

Så här uppstod idén om ett maskhål. Detta hål sammanför två delar av universum, som en avskuren tunnel som förbinder två städer åtskilda av ett högt berg. Tyvärr är maskhål endast möjliga i ett absolut vakuum. I vårt universum är dessa hål extremt instabila: de kan helt enkelt kollapsa innan rymdfarkosten kommer dit.

Men för att skapa stabila maskhål kan du använda en effekt som upptäckts av holländaren Hendrik Casimir. Den består i den ömsesidiga attraktionen av ledande oladdade kroppar under påverkan av kvantsvängningar i ett vakuum. Det visar sig att vakuumet inte är helt tomt, det finns fluktuationer i gravitationsfältet där partiklar och mikroskopiska maskhål spontant uppstår och försvinner.

Allt som återstår är att upptäcka ett av hålen och sträcka ut det, placera det mellan två supraledande kulor. Ena munnen av maskhålet kommer att finnas kvar på jorden, den andra kommer att flyttas av rymdfarkosten med nästan ljushastighet till stjärnan - det slutliga objektet. Det vill säga att rymdskeppet så att säga kommer att bryta igenom en tunnel. När rymdskeppet når sin destination kommer maskhålet att öppnas för riktiga blixtsnabba interstellära resor, vars varaktighet kommer att mätas i minuter.

BUBBLA AV STÖRNING

I likhet med maskhålsteorin är en varpbubbla. 1994 utförde den mexikanske fysikern Miguel Alcubierre beräkningar enligt Einsteins ekvationer och fann den teoretiska möjligheten till vågdeformation av det rumsliga kontinuumet. I det här fallet kommer rymden att komprimeras framför rymdfarkosten och samtidigt expandera bakom den. Rymdskeppet är så att säga placerat i en bubbla av krökning, som kan röra sig med obegränsad hastighet. Det geniala med idén är att rymdfarkosten vilar i en bubbla av krökning, och att relativitetslagarna inte kränks. Samtidigt rör sig själva krökningsbubblan, vilket lokalt förvränger rum-tid.

Trots oförmågan att resa snabbare än ljuset finns det inget som hindrar att rymden rör sig eller att rymdtidsförvrängning sprider sig snabbare än ljus, vilket är vad som tros ha hänt direkt efter Big Bang när universum bildades.

Alla dessa idéer passar ännu inte in i ramarna för modern vetenskap, men 2012 tillkännagav NASA-representanter förberedelserna av ett experimentellt test av Dr. Alcubierres teori. Vem vet, kanske Einsteins relativitetsteori en dag kommer att bli en del av en ny global teori. När allt kommer omkring är inlärningsprocessen oändlig. Det betyder att vi en dag kommer att kunna bryta igenom törnen till stjärnorna.

Irina GROMOVA