Csillagközi járatok. Csillagközi repülések Kommunikáció a földi csillagközi repüléssel

2016. április 12-én a híres brit fizikus, Stephen Hawking és az orosz üzletember és emberbarát, Jurij Milner bejelentette, hogy 100 millió dollárt különítenek el a projekt finanszírozására. Áttörés Starshot. A projekt célja az volt, hogy olyan technológiákat fejlesszenek ki, amelyek alkalmasak az Alpha Centauriba való csillagközi repülésre.

Tudományos-fantasztikus regények ezrei írnak le egy kis (vagy nagy) város méretű óriási foton-csillaghajókat, amelyek csillagközi repülésre indulnak bolygónk pályájáról (ritkábban a Föld felszínéről). De a projekt szerzői szerint Áttörés Starshot, minden teljesen másképp fog történni: valamelyik év egy jelentős napján kétezer nem egy-két, hanem száz és ezer körömnyi, 1 g tömegű kis űrhajó indul az egyik legközelebbi csillaghoz, az Alpha Centaurihoz. És mindegyiknek lesz egy vékony, 16 m 2 területű napvitorla, amely az űrhajót egyre nagyobb sebességgel viszi előre - a csillagok felé.

"Csillagokba lőve"

A projekt alapja Áttörés Starshot Philip Lubin, UC Santa Barbara fizikaprofesszorának cikke volt: „A csillagközi repülés terve” ( Útiterv a csillagközi repüléshez). A projekt fő kinyilvánított célja, hogy a csillagközi repüléseket a következő embergeneráció életében, azaz nem évszázadok, hanem évtizedek alatt tegye lehetővé.

Közvetlenül a program hivatalos bejelentése után Starshot A projekt szerzőit kritika hulláma érte a különböző területeken dolgozó tudósok és műszaki szakemberek részéről. A kritikus szakértők számos helytelen értékelést és egyszerűen „üres foltokat” észleltek a programtervben. Néhány megjegyzést figyelembe vettek, és a repülési tervet az első iteráció során kissé módosították.

Tehát a csillagközi szonda egy elektronikus modullal ellátott űrvitorlás lesz StarChip 1 g tömegű, nagy teherbírású hevederekkel egy 16 m 2 területű, 100 nm vastagságú és 1 g tömegű szoláris vitorlához kötve, Napunk fénye persze nem elég a gyorsításhoz olyan könnyű szerkezetet, amilyen sebességgel a csillagközi utazás évezredekig nem fog tartani. Ezért a projekt fő fénypontja StarShot- Ez a gyorsítás erőteljes lézersugárzással, amely a vitorlára fókuszál. Lubin becslése szerint 50-100 GW-os lézersugárral a gyorsulás körülbelül 30 000 g lesz, és néhány percen belül a szonda eléri a fénysebesség 20%-át. Az Alpha Centauriba tartó repülés körülbelül 20 évig fog tartani.

Megválaszolatlan kérdések: kritika hulláma

Philip Lubin cikkében számszerű becsléseket közöl a terv pontjairól, de sok tudós és szakember nagyon kritikusan fogadja ezeket az adatokat.

Természetesen egy ilyen ambiciózus projekt kidolgozására, mint Áttörés Starshot, évek munkája kell hozzá, és 100 millió dollár nem olyan nagy összeg egy ilyen léptékű munkáért. Ez különösen vonatkozik a földi infrastruktúrára – a lézersugárzók fázisos tömbjére. Egy ilyen kapacitás (50-100 GW) telepítéséhez gigantikus energia szükséges, vagyis legalább egy tucat nagy erőművet kell építeni a közelben. Ezenkívül hatalmas mennyiségű hőt kell eltávolítani a kibocsátókból néhány perc alatt, és ennek módja még mindig teljesen tisztázatlan. Vannak ilyen megválaszolatlan kérdések a projektben Áttörés Starshot hatalmas összeg, de a munka egyelőre csak elkezdődött.

„Projektünk tudományos tanácsában különböző releváns területek vezető szakértői, tudósai és mérnökei vesznek részt, köztük két Nobel-díjas is” – mondja Jurij Milner. - És nagyon kiegyensúlyozott értékeléseket hallottam ennek a projektnek a megvalósíthatóságáról. Ennek során természetesen támaszkodunk tudományos tanácsunk valamennyi tagjának egyesített szakértelmére, ugyanakkor nyitottak vagyunk a szélesebb körű tudományos vitákra is.”

A csillagos vitorlák alatt

A projekt egyik legfontosabb részlete a napvitorla. Az eredeti változatban a vitorla területe kezdetben csak 1 m 2 volt, és emiatt a lézersugárzási térben nem bírta a gyorsítás során felmelegedést. Az új verzió 16 m2 alapterületű vitorlát használ, így a termikus rezsim, bár meglehetősen kemény, de az előzetes becslések szerint nem szabad megolvasztania vagy tönkretennie a vitorlát. Ahogy maga Philip Lubin írja, a tervek szerint nem fémbevonatokat, hanem teljesen dielektromos többrétegű tükröket használnak majd a vitorla alapjául: „Az ilyen anyagokat mérsékelt reflexiós együttható és rendkívül alacsony abszorpció jellemzi. Tegyük fel, hogy a száloptikához használt optikai üvegeket nagy fényáramra tervezték, és az abszorpciójuk körülbelül húsz billiód része 1 mikron vastagságonként. A hullámhossznál jóval kisebb, 100 nm vitorlavastagságú dielektrikumból nem könnyű jó visszaverődési együtthatót elérni. A projekt szerzői azonban reménykednek abban, hogy új megközelítéseket, például negatív törésmutatójú metaanyag egyrétegű rétegeit alkalmazzák.

Napvitorla

A projekt egyik fő eleme egy 16 m2 alapterületű, mindössze 1 g tömegű napvitorla, melynek anyaga többrétegű dielektromos tükrök, amelyek a beeső fény 99,999%-át visszaverik (előzetes számítások szerint ez elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a vitorla megolvadását 100 GW lézersugárzási térben). Ígéretesebb megközelítés, amely lehetővé teszi, hogy a vitorla vastagsága kisebb legyen, mint a visszavert fény hullámhossza, az, hogy a vitorla alapjául negatív törésmutatójú egyrétegű metaanyagot használnak (az ilyen anyag nanoperforációval is rendelkezik, ami tovább csökkenti a tömegét). A második lehetőség az, hogy nem nagy reflexiós együtthatójú, hanem alacsony abszorpciós együtthatójú (10–9) anyagot használunk, például optikai anyagokat a fényvezetőkhöz.

„Azt is figyelembe kell venni, hogy a dielektromos tükrök visszaverődése a hullámhosszok szűk tartományára van hangolva, és ahogy a szonda felgyorsul, a Doppler-effektus több mint 20%-kal eltolja a hullámhosszt” – mondja Lubin. - Ezt figyelembe vettük, így a reflektor a sugárzási sávszélesség körülbelül húsz százalékára lesz beállítva. Ilyen reflektorokat terveztünk. Igény esetén nagyobb sávszélességű reflektorok is kaphatók.”

Lézeres gép

Az űrhajó fő erőműve nem repül a csillagok felé - a Földön lesz. Ez a lézersugárzók földi fázisú tömbje, 1×1 km méretű. A teljes lézerteljesítmény 50-100 GW legyen (ez 10-20 krasznojarszki vízerőmű teljesítményének felel meg). Feltételezhető, hogy fázisozást (azaz az egyes emittereken a fázisok megváltoztatását) alkalmazza, hogy az 1,06 μm hullámhosszú sugárzást a teljes rácsból egy több méter átmérőjű foltba fókuszálja akár sok millió kilométeres távolságban is. maximális fókuszpontosság 10–9 radián). Az ilyen fókuszálást azonban nagymértékben nehezíti a turbulens légkör, amely a sugarat körülbelül egy ívmásodperc (10–5 radián) méretű folttá homályosítja el. Négy nagyságrendű javulás várható az adaptív optika (AO) használatával, amely kompenzálja a légköri torzulásokat. A modern teleszkópok legjobb adaptív optikai rendszerei 30 milliívmásodpercre csökkentik az elmosódást, ami azt jelenti, hogy még körülbelül két és fél nagyságrend van hátra a tervezett célig. „A kisméretű légköri turbulencia leküzdéséhez a fázissort nagyon kicsi elemekre kell bontani, a kibocsátó elem mérete a mi hullámhosszunkhoz képest nem lehet több 20–25 cm-nél” – magyarázza Philip Lubin. - Ez legalább 20 millió kibocsátó, de ez a szám nem ijeszt meg. Az AO rendszerben történő visszacsatoláshoz számos referenciaforrást - jeladót - tervezünk felhasználni mind a szondán, mind az anyahajón, mind a légkörben. Ezenkívül nyomon követjük a szondát a cél felé vezető úton. A csillagokat bójaként is szeretnénk használni, hogy beállítsuk a tömb fázisát, amikor érkezéskor a szondától érkező jelet kapjuk, de nyomon követni fogjuk a szondát, hogy megbizonyosodjunk róla.

Érkezés

Ekkor azonban megérkezett a szonda az Alpha Centauri rendszerbe, lefotózta a rendszer környezetét és a bolygót (ha van ilyen). Ezt az információt valamilyen módon továbbítani kell a Földre, és a szonda lézeradójának teljesítménye néhány wattra korlátozódik. Öt év elteltével pedig ezt a gyenge jelet kell fogadni a Földön, elszigetelve a csillagokat a háttérsugárzástól. A projekt készítői szerint a szonda úgy manőverez a célpontnál, hogy a vitorla Fresnel-lencsévé alakul, a szonda jelét a Föld irányába fókuszálja. Becslések szerint egy ideális élességállítású és ideális tájolással rendelkező ideális lencse 1 W-os jelet 10 13 W izotróp egyenértékre erősít fel. De hogyan tekinthetjük ezt a jelet a csillag sokkal erősebb (13-14 nagyságrenddel!) sugárzásának hátterében? „A csillag fénye valójában meglehetősen gyenge, mert a lézerünk vonalszélessége nagyon kicsi. A keskeny vonal kulcsfontosságú tényező a háttér csökkentésében, mondja Lubin. - Az ötlet, hogy egy vékonyfilm diffrakciós elem alapján vitorlából készítsünk Fresnel-lencsét, meglehetősen összetett, és sok előzetes munkát igényel, hogy pontosan megértsük, hogyan lehet ezt a legjobban megtenni. Ez a pont tulajdonképpen az egyik fő pont a projekttervünkben.”

A csillagközi repülés nem évszázadok, hanem évtizedek kérdése

Jurij Milner ,
orosz üzletember és emberbarát,
A Breakthrough Initiatives alapítója:

Az elmúlt 15 év során jelentős, mondhatni forradalmi előrelépések történtek három technológiai területen: az elektronikai alkatrészek miniatürizálása, az anyagok új generációjának létrehozása, valamint a költségek csökkentése és a lézerteljesítmény növelése. E három irányzat kombinációja elvezet egy nanoműhold szinte relativisztikus sebességre való felgyorsításának elméleti lehetőségéhez. Az első szakaszban (5–10 év) egy alaposabb tudományos és mérnöki tanulmányt tervezünk, hogy megértsük, mennyire megvalósítható ez a projekt. A projekt honlapján mintegy 20 olyan súlyos műszaki probléma található, amelyek megoldása nélkül nem tudunk továbblépni. Ez nem egy végleges lista, de a Tudományos Tanács véleménye alapján úgy gondoljuk, hogy a projekt első szakaszának kellő motivációja van. Tudom, hogy a csillagvitorlás projektet komoly kritikák érik a szakértők részéről, de úgy gondolom, hogy néhány kritikus szakértő álláspontja nem teljesen pontos megértéséhez kapcsolódik, hogy mit is javasolunk. Nem egy másik csillaghoz való repülést finanszírozunk, hanem a csillagközi szonda ötletéhez kapcsolódó, reális többcélú fejlesztéseket csak általános irányban. Ezeket a technológiákat mind a Naprendszerben való repülésekhez, mind a veszélyes aszteroidák elleni védelemhez használják majd. De egy olyan ambiciózus stratégiai cél kitűzése, mint a csillagközi repülés, indokoltnak tűnik abból a szempontból, hogy az elmúlt 10-20 év technológiai fejlődése valószínűleg nem évszázadok, hanem évtizedek kérdésévé teszi egy ilyen projekt megvalósítását, ahogy azt sokan feltételezték.

Másrészt egy kilométeres teljes apertúrájú optikai kibocsátók/sugárvevők fázisezett tömbje olyan műszer, amely több tíz parszeknyi távolságból képes látni az exobolygókat. Hangolható hullámhosszú vevők segítségével meghatározható az exobolygók légkörének összetétele. Egyáltalán szükség van szondákra ebben az esetben? „Természetesen új lehetőségek nyílnak meg a csillagászatban, ha egy fázistömböt nagyon nagy távcsőként használunk. De – teszi hozzá Lubin – azt tervezzük, hogy hosszabb távú programként infravörös spektrométert adunk a szondához a kamera és más érzékelők mellett. Van egy nagyszerű fotonikai csoportunk az UC Santa Barbarában, amely része az együttműködésnek.”

De Lubin szerint mindenesetre az első repüléseket a Naprendszeren belül hajtják végre: „Mivel hatalmas számú szondát tudunk küldeni, ez sokféle lehetőséget ad számunkra. Hasonló kis ( ostyaléptékű, azaz chipen) hagyományos rakétákat szondáznak, és ugyanazokat a technológiát használják a Föld vagy a bolygók és műholdaik tanulmányozására a Naprendszerben."

A szerkesztők köszönetet mondanak a „Troitsky Option – Science” című újságnak és Boris Stern főszerkesztőjének a cikk elkészítésében nyújtott segítségükért.

Az utolsó dolog, amiről mostanában szakértők beszélnek, az űrhajókon való csillagközi utazás. És itt nem az a lényeg, hogy ez a téma kiélezett, hiszen évszázadok óta részletesen tárgyalták (bár ezek a részletek a sci-fi birodalmából származtak). Nem is az a lényeg, hogy megszűnt volna a csillagközi repülések iránti igény, és csak különféle jelek segítségével fogunk kommunikálni a földönkívüli civilizációkkal. Semmilyen jel nem helyettesítheti a más világokba való utazást. "Jobb egyszer látni, mint százszor hallani." A jelek nem adnak nekünk sem anyagi, sem kézzelfogható tárgyakat, sem az állat- és növényvilág valódi képviselőit. Jelek segítségével nem fogunk tudni kapcsolatot teremteni olyan civilizációkkal, amelyek technológiailag még nem állnak készen rá. Rámutathatunk az egyetemes élet más aspektusaira is, amelyek elmaradnak, ha nem tudjuk uralni az űrközlekedést. Miért nem foglalkoznak most ezzel a problémával gyakorlati szempontból a szakemberek? Erre a kérdésre nagyon egyszerű a válasz: még nem állunk készen az ilyen járatokra. Ez „egyelőre” még több száz évig folytatódhat, bár a tudomány és a technológia jövőbeli fejlődésének előrejelzésekor nagyon könnyű hibázni.

A csillagközi utazás ilyen kedvezőtlen állapota ellenére érdemes megismerkedni magával a problémával. Ha nem akarunk évmilliókig úton lenni (és ez abszurd), akkor nagyobb sebességet kell biztosítanunk a hajónak. A fénysebességet meghaladó sebesség lehetetlen, a hajó fénysebessége is irreális. Ezért különböző becslésekkel a fénysebesség 10%-ának megfelelő sebességgel működnek. Decilightnak hívják. A centilight sebessége százszor lassabb a fény sebességénél.

Az űrutazás során az idő múlásának kérdése széles körben vita tárgyát képezi. Az idő jelentősen lelassul. Így a tőlünk mintegy 30 ezer fényévnyire található Galaxis magja 21 év alatt elérhető, sőt a legközelebbi galaxis - az Androméda-köd - 28 év alatt. A repülés kezdetén az űrhajónak egy ideig gyorsulnia kell, és ennek megfelelően le kell lassítania leszállás előtt. Ezen időszakok mindegyike több év is lehet. Az idő múlása az elhagyott bolygón természetesen nem lassul. Ezért a földiek útja során az Androméda-ködig és vissza több mint 3 millió év telik el a Földön. Bár ez nagyon a science fictionre emlékeztet, pontosan ez a szám következik A. Einstein relativitáselméletéből, vagyis szigorúan tudományos eredményről van szó.

Nagyon könnyű megbecsülni, milyennek kell lennie egy rakétának (képességeinek), hogy elérje a decilight vagy centilight sebességet. A V rakéta sebessége, amelyet az M tömegű üzemanyag elégetése után ér el, mind az M rakéta tömegétől, mind a W rakéta munkaanyagának kilökési sebességétől függ. Ezt a függést a képlet fejezi ki.

Nem növelhetjük az üzemanyag tömegét a rakéta tömegének növelése nélkül, mert az üzemanyagot ugyanabba a rakétába kell betölteni. Igaz, a rakétát útközben, az űrben is meg lehet tankolni, de a későbbiekben ezzel a lehetőséggel is számolunk.

Teljesen világos, hogy minél könnyebb a rakéta, annál könnyebben gyorsítható nagy sebességre. Az, hogy nagy tömegű üzemanyagot kell betölteni egy rakétába, nem teszi lehetővé, hogy a kívánt könnyű legyen. Csak egy kiút van - olyan üzemanyagot keresni, amely nagyon hatékony lenne az energiatermelés szempontjából. Természetesen csak termonukleáris üzemanyagról beszélhetünk. Még nem ismerünk hatékonyabb üzemanyagot, bár biztosan létezik. Az ember arra kényszerül, hogy abból induljon ki, amije jelenleg van. Így a múlt században nagyon komolyan vitatták a gőzgép segítségével a Holdra való utazás projektjét. De térjünk vissza a rakétákhoz. Kiderült, hogy az urán üzemanyagként való felhasználása is csak 1300 km/s sebesség elérését tudja lehetővé tenni a rakéta számára. Földi mércével mérve ez nagyon nagy sebesség, de 23-szor kisebb, mint a fénysebesség. A termonukleáris üzemanyag használata (amikor az atommagok nem hasadnak, hanem szintetizálnak) lehetővé teszi ennek a sebességnek valamelyest növelését. De a decilight sebességet továbbra sem lehet elérni.

Hogy megmutassuk, mennyire bonyolult ez a feladat technológiailag, mondjunk egy példát. Minden gramm tömeghez 3 millió watt teljesítmény kell. Ebben az esetben a rakéta gyorsulása megegyezik a Föld gyorsulásának nagyságával. Hasonlítsuk össze ezt az értéket a ténylegesen elérhető értékkel. Így egy 800 tonnás tengeralattjáró nukleáris motort használva 15 millió watt teljesítményt fejleszt. Szükségünk van erre az erőre, hogy egy 5 grammos motorral fejlesszük. Ennek tartalmaznia kell a mozgó rakéta összes alkatrészét (nem csak a motort).

A foton rakéták, amelyekről nemcsak sci-fi írók, hanem tudósok is írtak, nyilvánvalóan nem tudnak megbirkózni a csillagközi repülések feladatával.

Nem sokkal ezelőtt új megoldást javasoltak a csillagközi utazáshoz szükséges propulzió létrehozásának problémájára. Azt javasolják, hogy ne otthon, a Földön töltsenek üzemanyagot a rakétára, hanem szükség szerint vigyék el közvetlenül az űrben. Ilyen üzemanyag lehet a hidrogén, amely a csillagközi térben található. A hidrogénatommagok termonukleáris reakciókba kényszeríthetők, és így kifejleszthetik a szükséges teljesítményt anélkül, hogy a rakétát nagy mennyiségű üzemanyaggal túlterhelnék. Ebben az esetben egyáltalán nincs szükség tartalékra. A rakéta csillagközi hidrogént szív be a környező térből, felhasználja, és kidobja az elhasznált munkaanyagot. Ebben a projektben minden nagyszerű lenne, de van egy „de”: a csillagközi hidrogén sűrűsége nagyon alacsony, köbcentiméterenként csak körülbelül egy hidrogénatom van. Ez a legmélyebb vákuum, amit soha nem fogunk elérni a Földön a legzseniálisabb vákuumszivattyúkban! A szükséges mennyiségű hidrogén összegyűjtése érdekében hatalmas térfogatokat kell szűrni a rakéta körül. A számítások azt mutatják, hogy ahhoz, hogy üzemanyagot tudjon biztosítani magának, a rakétának akár 700 kilométeres távolságból is fel kell fognia a hidrogént a környező területről! Nem világos, hogy ez technikailag hogyan valósítható meg. Milyen pengéket kell egy rakétához rögzíteni, hogy fel tudja venni a hidrogént ebből az egész térből? Emellett szem előtt kell tartanunk, hogy a csillagközi hidrogén sűrűsége ezerszer kisebb is lehet. hol? Ebben a kérdésben is vannak ötletek. Az egyik, hogy a semleges hidrogént elektromosan töltött részecskévé (ionokká) kell alakítani, és ezeket elektromos mezők segítségével be lehet szívni a rakétába. De ez csak egy ötlet. Hogy mindezt hogyan lehet a gyakorlatban megvalósítani, az teljesen homályos.

Így elvileg lehet csillagközi hajókat létrehozni (ezt semmilyen természeti törvény nem akadályozza), de a gyakorlatban még nem állunk készen erre.

Korunkban reálisabb egy automatikus űrállomás létrehozása, amelynek feladata, hogy elérje a hozzánk legközelebb eső csillagok bolygóit. Egy ilyen projektet a Tallinni Szimpóziumon mutatott be M.Ya. Marov és az U.N. Zakirov. Korábban az U.N. Zakirov számításai azt mutatják, hogy lehetséges tudományos felszereléssel ellátott konténert az egyik legközelebbi csillaghoz indítani. Ez körülbelül 40-50 évig tart. A projekt egy ötlépcsős rakéta létrehozását foglalja magában. Ebben az esetben az első két fokozatot úgy tervezték, hogy az első fázisban működjön, miközben a rakéta a fénysebesség 40%-ára gyorsul. Két további fokozat is a célhoz közeledő rakéta fékezésére szolgál. Szem előtt kell tartani, hogy ilyen nagy sebességnél a rakéta „fékútja” nagyon hosszú. A rakéta fékezési ideje, akárcsak a gyorsulásának ideje, egy-két év lesz! A rakéta ötödik fokozatát a repülés utolsó szakaszában tervezik használni manőverezésre és az automata állomás leszállásának biztosítására.

Alapvetően új és nagyon érdekes a projekt készítőinek javaslata, hogy ne egyszerre vigyék fel az összes üzemanyagot az állomás fedélzetére, hanem a rakéta első fokozatának felhasználása után töltsék fel az űrben. Első pillantásra ez furcsának tűnhet - elvégre ehhez egy speciális tartályhajót kell küldenünk a rakéta után (vagy inkább vele egyidejűleg). Milyen előnyök származhatnak ebből? De kiderül, hogy lehetséges. Kiderült, hogy ha nem tankol az űrben, akkor majdnem tízszeresére kell növelnie a rakétarendszer kezdeti tömegét! Tehát a speciális „tankoló” létrehozásával járó költségek ellenére a játék megéri a gyertyát. Ebben az esetben az egész rendszer valóságossá válik. Így a konténer tömege felszereléssel (hasznos teher) körülbelül 450 kilogramm lesz; A rakétarendszer tömege körülbelül 3000 tonna lesz, ami meglehetősen reális, mivel az ilyen rakétákat már elsajátították a Hold-kutatási program végrehajtása során. A tömeg öt szakaszra bontása a következőképpen történik: 2780, 293, 44, 8 és 3 tonna.

A kidolgozott projekt megvalósítása nem egyszerű és költséges. Egy másik lehetőség is lehetséges: használjon elhasznált tríciumot. De a dolog technikai oldala megint teljesen homályos, és kétségtelenül nem könnyű.

Mit csináljon egy ilyen szonda az űrben? A rá telepített berendezéseknek lehetővé kell tenniük a csillagközi közeg, a bolygók elhelyezkedésének és a belőlük fennálló fizikai viszonyok tanulmányozását. A szondának lehetővé kell tennie a földönkívüli civilizációk jeleinek észlelését, elemzését, az előfizetőkkel való kommunikációt stb. Azaz mindent meg kell tennie, amit az űrben lévő automatikus szondáknak meg kell tenniük, vagy más szóval, a szondának „minden fő típusban” részt kell vennie. az űrtudományról" Ezek a szavak Bracewell szondakutatóhoz tartoznak.

Valóban el tudunk jutni a Naprendszeren túli ismeretlen bolygókra? Hogyan lehetséges ez egyáltalán?

A tudományos-fantasztikus írók és filmesek természetesen nagyszerűek, jó munkát végeztek. Nagyon szeretne hinni a színes történetekben, ahol az emberek meghódítják a világűr legtávolabbi zugait. Sajnos, mielőtt ez a kép valósággá válik, sok korlátot kell leküzdenünk. Például a fizika törvényei, ahogy most látjuk őket.

De! Az elmúlt években több önkéntes és magánfinanszírozott szervezet alakult (Tau Zero Foundation, Project Icarus, Project Breakthrough Starshot), amelyek mindegyikének célja a csillagközi repülések közlekedésének megteremtése és az emberiség közelebb hozása az Univerzum meghódításához. A sikerbe vetett reményüket és hitüket erősítik a pozitív hírek, például egy Föld méretű bolygó kering a Proxima Centauri csillag körül.

Egy csillagközi űrhajó létrehozása lesz az egyik témája a BBC Future World Summit "Ötletek, amelyek megváltoztatják a világot" novemberi Sydney-ben. Képes lesz-e az ember más galaxisokba utazni? És ha igen, milyen típusú űrhajókra lesz szükségünk ehhez?

Hova menjünk?

Hova nem érdemes repülni? Több csillag van az univerzumban, mint amennyi homokszem a Földön – körülbelül 70 szextillió (ez 22 nulla hét után) –, és a tudósok becslése szerint több milliárd közülük kering egy-három bolygó az úgynevezett „Aranyhaj zónában”. : nincs bennük túl sok hideg és nincs túl meleg. Pont jó .

A kezdetektől mostanáig az első csillagközi repülés legjobb jelöltje legközelebbi szomszédunk, az Alpha Centauri hármas csillagrendszer volt. 4,37 fényévnyire található a Földtől. Idén az Európai Déli Obszervatórium csillagászai felfedeztek egy Föld méretű bolygót, amely a csillagkép vörös törpe, Proxima Centauri körül kering. A Proxima b nevű bolygó tömege legalább 1,3-szorosa a Földnek, és nagyon rövid keringési periódusa van a csillaga körül – mindössze 11 földi nap. De ennek ellenére ez a hír rendkívül izgalomba hozta a csillagászokat és az exobolygóvadászokat, mert a Proxima b hőmérsékleti rendszere alkalmas a folyékony víz létezésére, és ez komoly plusz az esetleges lakhatóság szempontjából.

De vannak árnyoldalai is: nem tudjuk, hogy a Proxima b-nek van-e légköre, és mivel közel van a Proxima Centaurihoz (közelebb van a Merkúrnál a Naphoz), valószínűleg ki lesz téve a csillagok plazmakibocsátásának és sugárzásának. És az árapály erők annyira lezárják, hogy az egyik oldal mindig a csillag felé néz. Ez persze teljesen megváltoztathatja a nappalról és az éjszakáról alkotott elképzeléseinket.

És hogyan jutunk el oda?

Ez a 64 billió dolláros kérdés. Még a modern technológia által lehetővé tett maximális sebesség mellett is 18 ezer évre vagyunk a Proxima B-től. És nagy a valószínűsége annak, hogy a cél elérésekor ott találkozunk... utódainkkal a Földön, akik már gyarmatosították az új bolygót és magukra vitték az összes dicsőséget. A mély elmék és a mély zsebek tehát ambiciózus feladatot tűztek ki maguk elé: gyorsabb utat kell találniuk a hatalmas távolságok áthaladásához.

A Breakthrough Starshot egy 100 millió dolláros űrprojekt, amelyet Jurij Milner orosz milliárdos finanszírozott. Az áttörést jelentő Starshot apró, pilóta nélküli szondák létrehozására összpontosított könnyű vitorlákkal, amelyeket erős földi lézer hajt. Az ötlet az, hogy egy éppen elég (alig 1 grammos) könnyű vitorlával rendelkező űrhajót a Földről érkező erőteljes fénysugár rendszeresen felgyorsíthatna a fénysebesség körülbelül egyötödére. Ilyen ütemben a nanoszondák körülbelül 20 éven belül elérik az Alpha Centaurit.

A Breakthrough Starshot projekt fejlesztői minden technológia miniatürizálásával számolnak, mert az apró űrszondán kamerát, tolómotorokat, tápegységet, kommunikációs és navigációs berendezéseket kell szállítani. Mindezt azért, hogy érkezéskor közöljem: „Nézd, itt vagyok. De egyáltalán nem forog.” Miller reméli, hogy működni fog, és megalapozza a csillagközi utazás következő, összetettebb szakaszát: az emberi utazást.

Mi a helyzet a warp motorokkal?

Igen, a Star Trek sorozatban minden nagyon egyszerűnek tűnik: kapcsold be a lánchajtót, és repülj gyorsabban, mint a fénysebesség. De mindaz, amit a fizika törvényeiről jelenleg tudunk, azt mutatja, hogy a fénysebességnél gyorsabb vagy akár azzal egyenlő utazás lehetetlen. A tudósok azonban nem adják fel: a NASA-t egy másik izgalmas sci-fi motor ihlette, és elindította a NASA Evolutionary Xenon Thruster (rövidítve NEXT) projektjét – egy ionmotort, amely 145 ezer km/órás sebességre képes felgyorsítani az űrhajókat, mindössze egy töredék felhasználásával. üzemanyagot egy hagyományos rakétához.

De még ekkora sebesség mellett sem tudunk messzire repülni a Naprendszertől egy emberi életen belül. Amíg nem találjuk ki, hogyan dolgozzunk a téridővel, a csillagközi utazás nagyon-nagyon lassú lesz. Talán itt az ideje, hogy azt az időt, amit a galaktikus vándorok egy csillagközi űrhajó fedélzetén töltenek, egyszerűen életnek tekintsük, nem pedig „űrbuszon” való utazásnak A pontból B pontba.

Hogyan éljük túl a csillagközi utazást?

A warp motorok és az ionmotorok természetesen nagyon menők, de mindez nem sok haszna lesz, ha csillagközi utazóink éhen, hidegben, kiszáradásban vagy oxigénhiányban halnak meg, mielőtt még elhagynák a Naprendszert. Rachel Armstrong kutató azt állítja, hogy itt az ideje, hogy elgondolkodjunk egy valódi ökoszisztéma létrehozásán a csillagközi emberiség számára.

„Az ipari szemléletről a valóság ökológiai víziója felé haladunk” – mondja Armstrong.

Armstrong, a brit Newcastle Egyetem kísérleti építészetének professzora a "világosítás" fogalmáról azt mondja: "Ez az élettérről szól, nem csak az objektum tervezéséről." Ma egy űrhajón vagy állomáson belül minden steril, és úgy néz ki, mint egy ipari létesítmény. Armstrong szerint ehelyett az űrhajók környezeti vonatkozásaira kellene gondolnunk: a fedélzeten termeszthető növényekre, sőt még arra is, hogy milyen talajtípusokat viszünk magunkkal. Azt sugallja, hogy a jövőben az űrhajók úgy fognak kinézni, mint a mai hideg, fémdobozok helyett szerves élettel teli óriási biomák.

Nem aludhatnánk végig az utat?

A hidegalvás és a hibernáció természetesen jó megoldás egy meglehetősen kellemetlen problémára: hogyan lehet életben tartani az embereket egy olyan utazás során, amely sokkal tovább tart, mint maga az emberi élet. Legalábbis a filmekben így csinálják. És a világ tele van krio-optimistákkal: az Alcor Life Extension Foundation számos mélyhűtött testet és emberfejet tart fenn, akik azt remélik, hogy leszármazottaink megtanulják biztonságosan leolvasztani az embereket és megszabadulni a jelenleg gyógyíthatatlan betegségektől, de jelenleg az ilyen technológiák nem létezik.

Az olyan filmek, mint az Interstellar és az olyan könyvek, mint Neal Stephenson's Seveneves, felvetette azt az ötletet, hogy lefagyasztott embriókat küldjenek az űrbe, amelyek túlélhetik még a leghosszabb repülést is, mivel nem kell enniük, inniuk vagy lélegezniük. De ez felveti a „tyúk és tojás” problémát: valakinek gondoskodnia kell erről a születőben lévő emberiségről, eszméletlen korában.

Szóval ez az egész valóságos?

„Az emberiség hajnala óta a csillagok felé nézünk, és feléjük fordítottuk reményeinket és félelmeinket, aggodalmainkat és álmainkat” – mondja Rachel Armstrong..

Az olyan új mérnöki projektek elindításával, mint a Breakthrough Starshot, "az álom valóságos kísérletté válik".

Egyedül a mi galaxisunkban elképzelhetetlenül nagyok a távolságok a csillagrendszerek között. Ha a világűrből érkező idegenek valóban meglátogatják a Földet, akkor technikai fejlettségük százszorosa legyen a miénk jelenlegi földi szintjének.

Néhány fényévnyire

A csillagok közötti távolság jelzésére a csillagászok bevezették a „fényév” fogalmát. A fénysebesség a leggyorsabb az Univerzumban: 300 000 km/s!

Galaxisunk szélessége 100 000 fényév. Egy ilyen hatalmas távolság megtételéhez más bolygókról származó idegeneknek olyan űrhajót kell építeniük, amelynek sebessége megegyezik a fénysebességgel, vagy akár meg is haladja azt.

A tudósok úgy vélik, hogy egy anyagi tárgy nem mozoghat gyorsabban a fénysebességnél. Korábban azonban azt hitték, hogy lehetetlen szuperszonikus sebességet fejleszteni, de 1947-ben a Bell X-1 típusú repülőgép sikeresen áttörte a hangfalat.

Talán a jövőben, amikor az emberiség több tudást halmozott fel az Univerzum fizikai törvényeiről, a földiek képesek lesznek fénysebességgel és még gyorsabban haladó űrhajót építeni.

Nagy utazások

Még ha az idegenek fénysebességgel képesek is áthaladni az űrben, egy ilyen utazás sok évig tartana. A földlakók számára, akiknek várható élettartama átlagosan 80 év, ez lehetetlen lenne. Azonban minden élőlényfajnak megvan a maga életciklusa. Például Kaliforniában, az Egyesült Államokban vannak már 5000 éves sörtefenyők.

Ki tudja, hány évet élnek az idegenek? Talán több ezer? Akkor gyakoriak náluk a több száz évig tartó csillagközi repülések.

Legrövidebb utak

Valószínű, hogy az idegenek hivatkozásokat találtak a világűrön keresztül – gravitációs „lyukakat”, vagy a gravitáció által alkotott tértorzulásokat. Az Univerzum ilyen helyek egyfajta hidakká válhatnak - a legrövidebb utak az Univerzum különböző végein található égitestek között.

Lehetséges, hogy a csillagközi utazás egy csőálomból valós lehetőséggé válhat?

A tudósok szerte a világon azt mondják, hogy az emberiség egyre jobban halad az űrkutatásban, és új felfedezések és technológiák jelennek meg. A csillagközi repülésekről azonban továbbra is csak álmodozhatnak az emberek. De ennyire elérhetetlen és irreális ez az álom? Mit tart ma az emberiség, és mik a kilátások a jövőre nézve?

Szakértők szerint, ha a haladás nem stagnál, akkor egy-két évszázadon belül az emberiség beteljesítheti álmát. A rendkívül nagy teljesítményű Kepler-teleszkóp egy időben 54 olyan exobolygót fedezett fel a csillagászok számára, ahol az élet kialakulása lehetséges, ma pedig már 1028 ilyen bolygó létezését igazolták. Ezek a bolygók, amelyek a Naprendszeren kívüli csillag körül keringenek, olyan messze vannak a központi csillagtól, hogy a felszínükön folyékony víz tartható fenn.

A fő kérdésre - egyedül van-e az emberiség az Univerzumban - azonban továbbra sem lehet választ kapni a legközelebbi bolygórendszerek gigantikus távolsága miatt. A Földtől száz vagy annál kevesebb fényévnyi távolságra lévő exobolygók sokasága, valamint az általuk generált óriási tudományos érdeklődés arra késztet bennünket, hogy teljesen más szemszögből nézzük a csillagközi utazás gondolatát.

A más bolygókra való repülés az új technológiák fejlesztésétől és az ilyen távoli cél eléréséhez szükséges módszer megválasztásától függ. Eközben a választás még nem történt meg.

Ahhoz, hogy a földlakók hihetetlenül nagy kozmikus távolságokat lehessenek leküzdeni, méghozzá viszonylag rövid időn belül, a mérnököknek és kozmológusoknak egy alapvetően új motort kell alkotniuk. Korai még intergalaktikus repülésekről beszélni, de az emberiség felfedezheti a Tejútrendszert, azt a galaxist, amelyben a Föld és a Naprendszer található.

A Tejút-galaxisban körülbelül 200-400 milliárd csillag található, amelyek körül a bolygók keringenek. A Naphoz legközelebbi csillag az Alpha Centauri. A távolság hozzávetőleg negyven billió kilométer vagy 4,3 fényév.

Egy hagyományos motorral szerelt rakétának körülbelül 40 ezer évig kell repülnie hozzá! Ciolkovszkij képletével könnyen kiszámítható, hogy egy rakéta-üzemanyaggal működő sugárhajtóműves űrhajónak a fénysebesség 10%-ának megfelelő sebességre való felgyorsításához több üzemanyagra van szükség, mint amennyi az egész Földön elérhető. Ezért a modern technológiákkal végzett űrmisszióról beszélni teljes abszurdum.

A tudósok szerint a jövő űrhajói képesek lesznek repülni termonukleáris rakétahajtómű használatával. A termonukleáris fúziós reakció tömegegységenként átlagosan csaknem milliószor több energiát tud termelni, mint a kémiai égési folyamat.

Ezért 1970-ben mérnökök egy csoportja tudósokkal közösen kidolgozott egy projektet egy termonukleáris meghajtó rendszerrel rendelkező óriás csillagközi hajóra. A Daedalus pilóta nélküli űrhajót impulzusos termonukleáris hajtóművel kellett volna felszerelni. Kis szemcséket kellett dobni az égéstérbe, és erős elektronsugarak sugározták meg őket. A plazma, mint termonukleáris reakció terméke, a motor fúvókájából kilépve biztosítja a hajó vontatását.

Feltételezték, hogy Daedalusnak Barnard csillagához kellett volna repülnie, amelynek útja hat fényévnyire van. Egy hatalmas űrhajó 50 év múlva érné el. És bár a projekt nem valósult meg, a mai napig nincs reálisabb műszaki projekt.

A csillagközi hajók létrehozásának technológiájának másik iránya a napvitorla. A napvitorla használatát ma a legígéretesebb és legreálisabb lehetőségnek tekintik egy csillaghajó számára. A napelemes vitorlás előnye, hogy nincs szükség üzemanyagra a fedélzeten, ami azt jelenti, hogy a hasznos teher sokkal nagyobb lesz, mint a többi űrhajóé. Már ma is meg lehet építeni egy csillagközi szondát, ahol a napszél nyomása lesz a hajó fő energiaforrása.

A bolygóközi repülések fejlesztésére irányuló szándékok komolyságát bizonyítja a projekt, amelyet 2010 óta dolgoznak ki a NASA egyik fő tudományos laboratóriumában. A tudósok egy olyan projekten dolgoznak, amely az elkövetkező száz éven belül más csillagrendszerekbe történő emberes repülésre készül fel.