Starpzvaigžņu lidojumi. Starpzvaigžņu lidojumi Saziņa ar Zemes starpzvaigžņu lidojumu

2016. gada 12. aprīlī slavenais britu fiziķis Stīvens Hokings un krievu uzņēmējs un filantrops Jurijs Milners paziņoja par 100 miljonu dolāru piešķiršanu projekta finansēšanai. Izrāviens Starshot. Projekta mērķis bija izstrādāt tehnoloģijas kosmosa kuģu izveidei, kas spēj veikt starpzvaigžņu lidojumu uz Alpha Centauri.

Tūkstošiem zinātniskās fantastikas romānu apraksta milzu fotonu zvaigžņu kuģus mazas (vai lielas) pilsētas lielumā, kas izlido starpzvaigžņu lidojumam no mūsu planētas orbītas (retāk no Zemes virsmas). Bet, pēc projekta autoru domām, Izrāviens Starshot, viss notiks pavisam savādāk: kādā zīmīgā dienā divi tūkstoši kāda gada uz vienu no tuvākajām zvaigznēm Alpha Centauri startēs nevis viens vai divi, bet simtiem un tūkstošiem mazu nagu lieluma un 1 g smagu kosmosa kuģu. Un katrai no tām būs plāna saules bura 16 m 2 platībā, kas nesīs kosmosa kuģi ar arvien lielāku ātrumu uz priekšu - uz zvaigznēm.

"Nošauts uz zvaigznēm"

Projekta pamats Izrāviens Starshot bija UC Santa Barbara fizikas profesora Filipa Lubina raksts "Starpzvaigžņu lidojuma plāns" ( Ceļvedis uz starpzvaigžņu lidojumu). Projekta galvenais izvirzītais mērķis ir padarīt starpzvaigžņu lidojumus iespējamus nākamās paaudzes cilvēku dzīves laikā, tas ir, nevis gadsimtos, bet gadu desmitos.

Uzreiz pēc programmas oficiālā paziņojuma Starshot Projekta autorus skāra dažādu jomu zinātnieku un tehnisko speciālistu kritikas vilnis. Kritiskie eksperti programmas plānā atzīmēja daudzus nepareizus vērtējumus un vienkārši “tukšus punktus”. Daži komentāri tika ņemti vērā, un lidojuma plāns tika nedaudz koriģēts pirmajā atkārtojumā.

Tātad starpzvaigžņu zonde būs kosmosa buru laiva ar elektronisko moduli StarChip kas sver 1 g, ar lieljaudas siksnām savienota ar saules buru, kuras laukums ir 16 m 2, biezums 100 nm un masa 1 g. Protams, ar mūsu Saules gaismu nepietiek, lai paātrinātu pat tik viegla struktūra līdz ātrumam, ar kādu starpzvaigžņu ceļojumi neilgs tūkstošiem gadu. Tāpēc projekta galvenais akcents StarShot- Tas ir paātrinājums, izmantojot spēcīgu lāzera starojumu, kas ir vērsts uz buru. Lubins lēš, ka ar lāzera stara jaudu 50–100 GW paātrinājums būs aptuveni 30 000 g, un dažu minūšu laikā zonde sasniegs 20% gaismas ātrumu. Lidojums uz Alpha Centauri ilgs aptuveni 20 gadus.

Neatbildētie jautājumi: kritikas vilnis

Filips Lubins savā rakstā sniedz skaitliskus plāna punktu aprēķinus, taču daudzi zinātnieki un speciālisti ir ļoti kritiski pret šiem datiem.

Protams, izstrādāt tik vērienīgu projektu kā Izrāviens Starshot, tas prasa gadiem ilgu darbu, un 100 miljoni USD nav tik liela summa šāda mēroga darbam. Tas jo īpaši attiecas uz zemes infrastruktūru - fāzētu lāzera izstarotāju masīvu. Šādas jaudas (50–100 GW) uzstādīšana prasīs gigantisku enerģijas daudzumu, proti, tuvumā būs jāuzceļ vismaz ducis lielu spēkstaciju. Turklāt vairāku minūšu laikā no emitētājiem būs jānoņem milzīgs siltuma daudzums, un joprojām nav skaidrs, kā to izdarīt. Projektā ir tādi neatbildēti jautājumi Izrāviens Starshot milzīga summa, bet pagaidām darbs ir tikai sācies.

"Mūsu projekta zinātniskajā padomē ietilpst vadošie eksperti, zinātnieki un inženieri dažādās saistītās jomās, tostarp divi Nobela prēmijas laureāti," saka Jurijs Milners. – Un esmu dzirdējis ļoti izsvērtus vērtējumus par šī projekta iespējamību. To darot, mēs noteikti paļaujamies uz visu mūsu zinātniskās padomes locekļu apvienotajām zināšanām, taču tajā pašā laikā esam atvērti plašākai zinātniskai diskusijai.

Zem zvaigžņotajām burām

Viena no projekta galvenajām detaļām ir saules bura. Sākotnējā versijā buras laukums sākotnēji bija tikai 1 m 2, un tādēļ tā nevarēja izturēt karsēšanu paātrinājuma laikā lāzera starojuma laukā. Jaunajā versijā tiek izmantota bura ar platību 16 m2, tāpēc termiskais režīms, lai arī diezgan skarbs, bet, pēc provizoriskiem aprēķiniem, nedrīkst izkausēt vai iznīcināt buru. Kā raksta pats Filips Lubins, par buras pamatu plānots izmantot nevis metalizētus pārklājumus, bet gan pilnīgi dielektriskus daudzslāņu spoguļus: “Šādiem materiāliem raksturīgs mērens atstarošanas koeficients un ārkārtīgi zema absorbcija. Teiksim, optiskie stikli šķiedru optikai ir paredzēti lielām gaismas plūsmām, un to absorbcija ir aptuveni divdesmit triljonās daļas uz 1 mikronu biezuma. Nav viegli panākt labu atstarošanas koeficientu no dielektriķa, kura buras biezums ir 100 nm, kas ir daudz mazāks par viļņa garumu. Bet projekta autoriem ir zināma cerība izmantot jaunas pieejas, piemēram, metamateriāla monoslāņus ar negatīvu refrakcijas indeksu.

Saules bura

Viens no galvenajiem projekta elementiem ir saules bura ar platību 16 m2 un masu tikai 1 g Buras materiāls ir daudzslāņu dielektriskie spoguļi, kas atstaro 99,999% no krītošās gaismas (pēc provizoriskiem aprēķiniem, šī vajadzētu būt pietiekamam, lai novērstu buras kušanu 100 GW lāzera starojuma laukā). Daudzsološāka pieeja, kas ļauj padarīt buras biezumu mazāku par atstarotās gaismas viļņa garumu, ir par buras pamatu izmantot metamateriāla monoslāni ar negatīvu laušanas koeficientu (šādam materiālam ir arī nanoperforācija, kas vēl vairāk samazina tā masu). Otra iespēja ir izmantot materiālu nevis ar augstu atstarošanas koeficientu, bet ar zemu absorbcijas koeficientu (10–9), piemēram, optiskos materiālus gaismas vadiem.

"Jums ir arī jāņem vērā, ka atstarojums no dielektriskiem spoguļiem ir noregulēts uz šauru viļņu garumu diapazonu, un, zondei paātrinoties, Doplera efekts novirza viļņa garumu par vairāk nekā 20%, " saka Lubins. - Mēs to ņēmām vērā, tāpēc atstarotājs tiks noregulēts uz aptuveni divdesmit procentiem no starojuma joslas platuma. Mēs izstrādājām šādus atstarotājus. Ja nepieciešams, ir pieejami arī atstarotāji ar lielāku joslas platumu.

Lāzera mašīna

Kosmosa kuģa galvenā spēkstacija uz zvaigznēm nelidos – tā atradīsies uz Zemes. Šis ir uz zemes bāzēts fāzēts lāzera izstarotāju bloks, kura izmēri ir 1 × 1 km. Kopējai lāzera jaudai jābūt no 50 līdz 100 GW (tas atbilst 10–20 Krasnojarskas hidroelektrostaciju jaudai). Ir paredzēts izmantot fāzēšanu (tas ir, katra atsevišķa emitētāja fāzes mainot), lai fokusētu starojumu ar viļņa garumu 1,06 μm no visa režģa uz punktu ar vairāku metru diametru līdz daudziem miljoniem kilometru ( maksimālā fokusēšanas precizitāte ir 10–9 radiāni). Taču šādu fokusēšanu ievērojami apgrūtina vētrainā atmosfēra, kas izplūdz staru kūli aptuveni loka sekundes (10–5 radiāni) lielumā. Paredzams, ka četru kārtu uzlabojumi tiks sasniegti, izmantojot adaptīvo optiku (AO), kas kompensēs atmosfēras traucējumus. Labākās adaptīvās optikas sistēmas mūsdienu teleskopos samazina izplūšanu līdz 30 miljardisekundēm, kas nozīmē, ka līdz paredzētajam mērķim vēl ir atlikušas aptuveni divarpus kārtas. "Lai pārvarētu neliela mēroga atmosfēras turbulenci, fāzētais bloks ir jāsadala ļoti mazos elementos, izstarojošā elementa izmēram mūsu viļņa garumam nevajadzētu būt lielākam par 20–25 cm," skaidro Filips Lubins. – Tas ir vismaz 20 miljoni izstarotāju, taču šis skaitlis mani nebiedē. Atsauksmēm AO sistēmā plānojam izmantot daudzus uzziņu avotus – bākas – gan uz zondes, gan uz mātes kuģa, gan atmosfērā. Turklāt mēs izsekosim zondi ceļā uz mērķi. Mēs arī vēlamies izmantot zvaigznes kā boju, lai pielāgotu masīva fāzi, saņemot signālu no zondes pēc ierašanās, taču mēs izsekosim zondi, lai pārliecinātos.

Ierašanās

Bet tad zonde ieradās Alpha Centauri sistēmā, nofotografēja sistēmas apkārtni un planētu (ja tāda ir). Šī informācija ir kaut kādā veidā jāpārraida uz Zemi, un zondes lāzera raidītāja jauda ir ierobežota līdz dažiem vatiem. Un pēc pieciem gadiem šis vājais signāls ir jāsaņem uz Zemes, izolējot zvaigznes no fona starojuma. Pēc projekta autoru domām, zonde pie mērķa manevrē tā, ka bura pārvēršas par Fresnela objektīvu, fokusējot zondes signālu Zemes virzienā. Tiek lēsts, ka ideāls objektīvs ar ideālu fokusu un ideālu orientāciju pastiprina 1 W signālu līdz 10 13 W izotropiskajam ekvivalentam. Bet kā mēs varam apsvērt šo signālu uz daudz spēcīgāka (par 13–14 pakāpēm!) zvaigznes starojuma fona? "Zvaigznes gaisma patiesībā ir diezgan vāja, jo mūsu lāzera līnijas platums ir ļoti mazs. Šaura līnija ir galvenais faktors fona samazināšanai, saka Lubins. - Ideja izgatavot Fresnel objektīvu no buras, pamatojoties uz plānslāņa difrakcijas elementu, ir diezgan sarežģīta un prasa daudz priekšdarba, lai precīzi saprastu, kā to vislabāk izdarīt. Šis punkts patiesībā ir viens no galvenajiem mūsu projekta plānā.

Starpzvaigžņu lidojums nav gadsimtu, bet gan gadu desmitu jautājums

Jurijs Milners ,
Krievu uzņēmējs un filantrops,
Breakthrough Initiatives dibinātājs:

Pēdējo 15 gadu laikā būtiski, varētu teikt, revolucionāri sasniegumi ir notikuši trīs tehnoloģiju jomās: elektronisko komponentu miniaturizācija, jaunas paaudzes materiālu radīšana, kā arī izmaksu samazināšana un lāzera jaudas palielināšana. Šo trīs tendenču kombinācija rada teorētisku iespēju paātrināt nanosatelītu līdz gandrīz relativistiskajam ātrumam. Pirmajā posmā (5–10 gadi) mēs plānojam veikt padziļinātu zinātnisku un inženiertehnisku pētījumu, lai saprastu, cik iespējams šis projekts ir. Projekta mājaslapā ir saraksts ar aptuveni 20 nopietnām tehniskām problēmām, bez kuru atrisināšanas mēs nevarēsim tikt uz priekšu. Šis nav galīgs saraksts, taču, pamatojoties uz zinātniskās padomes atzinumu, uzskatām, ka projekta pirmajam posmam ir pietiekama motivācija. Zinu, ka zvaigžņu buru projekts tiek nopietni kritizēts no ekspertu puses, taču domāju, ka dažu kritisku ekspertu nostāja ir saistīta ar ne visai precīzu izpratni par to, ko mēs īsti piedāvājam. Mēs nefinansējam lidojumu uz citu zvaigzni, bet gan reālistiskus daudzfunkcionālus notikumus, kas saistīti ar starpzvaigžņu zondes ideju tikai vispārīgā virzienā. Šīs tehnoloģijas tiks izmantotas gan lidojumiem Saules sistēmā, gan aizsardzībai no bīstamiem asteroīdiem. Taču tik ambicioza stratēģiskā mērķa kā starpzvaigžņu lidojuma izvirzīšana šķiet pamatota tādā ziņā, ka tehnoloģiju attīstība pēdējo 10-20 gadu laikā, iespējams, padara šāda projekta īstenošanu nevis gadsimtu, kā daudzi pieņēmuši, bet drīzāk gadu desmitu jautājumu.

No otras puses, fāzēts optisko izstarotāju/starojuma uztvērēju bloks ar kilometra kopējo apertūru ir instruments, kas spēj redzēt eksoplanetas no desmitiem parseku attāluma. Izmantojot noskaņojamus viļņu garuma uztvērējus, var noteikt eksoplanetu atmosfēras sastāvu. Vai šajā gadījumā zondes vispār ir vajadzīgas? "Protams, fāzētu masīvu izmantošana kā ļoti liels teleskops paver jaunas iespējas astronomijā. Taču, piebilst Lubins, mēs plānojam zondei pievienot infrasarkano staru spektrometru kā ilgtermiņa programmu papildus kamerai un citiem sensoriem. Mums ir lieliska fotonikas grupa UC Santa Barbara, kas ir daļa no sadarbības.

Bet jebkurā gadījumā, pēc Ļubina teiktā, pirmie lidojumi tiks veikti Saules sistēmas ietvaros: “Tā kā mēs varam nosūtīt milzīgu skaitu zondes, tas mums sniedz daudz dažādu iespēju. Varam arī nosūtīt līdzīgus mazos ( vafeļu skala, tas ir, uz mikroshēmas) zondē parastās raķetes un izmanto tās pašas tehnoloģijas, lai pētītu Zemi vai planētas un to pavadoņus Saules sistēmā.

Redaktori pateicas laikrakstam “Troitsky Option – Science” un tā galvenajam redaktoram Borisam Šternam par palīdzību raksta sagatavošanā.

Pēdējā lieta, ko šajās dienās apspriež eksperti, ir starpzvaigžņu ceļojumi uz kosmosa kuģiem. Un šeit nav runa par to, ka šī tēma ir apgrūtinājusi, jo tā ir detalizēti apspriesta gadsimtiem ilgi (lai gan šīs detaļas bija no zinātniskās fantastikas jomas). Lieta arī nav tajā, ka ir zudusi nepieciešamība pēc starpzvaigžņu lidojumiem un ar ārpuszemes civilizācijām sazināsimies tikai ar dažādu signālu palīdzību. Nekādi signāli nevar aizstāt ceļojumus uz citām pasaulēm. "Labāk vienreiz redzēt, nekā simts reizes dzirdēt." Signāli mums nedos ne materiālus, ne taustāmus priekšmetus, ne īstus faunas un floras pārstāvjus. Izmantojot signālus, mēs nevarēsim nodibināt kontaktu ar civilizācijām, kuras tam vēl nav tehnoloģiski gatavas. Mēs varam norādīt uz citiem universālās dzīves aspektiem, kas paliks aiz muguras, ja nespēsim apgūt kosmosa transportu. Tad kāpēc šo problēmu speciālisti tagad praktiski neapskata? Atbilde uz šo jautājumu ir ļoti vienkārša: mēs vēl neesam gatavi šādiem lidojumiem. Tas “pagaidām” var turpināties simtiem gadu, lai gan ir ļoti viegli kļūdīties, prognozējot zinātnes un tehnoloģiju attīstību nākotnē.

Neskatoties uz tik nelabvēlīgu situāciju starpzvaigžņu ceļošanā, ir lietderīgi iepazīties ar pašu problēmu. Ja mēs nevēlamies atrasties ceļā miljoniem gadu (un tas ir absurdi), tad mums ir jānodrošina lielāks kuģa ātrums. Ātrums, kas pārsniedz gaismas ātrumu, nav iespējams, arī gaismas ātrums kuģim ir nereāls. Tāpēc ar dažādiem aprēķiniem tie darbojas ar ātrumu, kas ir 10% no gaismas ātruma. To sauc par decilight. Centilight ātrums ir simts reižu mazāks par gaismas ātrumu.

Plaši apspriests jautājums par laika ritējumu kosmosa ceļojumu laikā. Laiks ievērojami palēninās. Tādējādi Galaktikas kodolu, kas atrodas aptuveni 30 tūkstošu gaismas gadu attālumā no mums, var sasniegt 21 gadā, bet pat tuvāko galaktiku - Andromedas miglāju - 28 gados. Lidojuma sākumā kosmosa kuģim pirms nolaišanās kādu laiku jāpaātrina un attiecīgi jāsamazina ātrums. Katrs no šiem laika periodiem var būt vairāki gadi. Laika ritējums uz pamestās planētas, protams, nepalēninās. Tāpēc zemes iedzīvotāju ceļojuma laikā uz Andromedas miglāju un atpakaļ uz Zemes paies vairāk nekā 3 miljoni gadu. Lai gan tas ļoti atgādina zinātnisko fantastiku, tieši šāds skaitlis izriet no A. Einšteina relativitātes teorijas, tas ir, tas ir stingri zinātnisks rezultāts.

Ir ļoti viegli novērtēt, kādai jābūt raķetei (tās iespējām), lai tā sasniegtu decilight vai centilight ātrumu. Raķetes V ātrums, ko tā sasniedz pēc degvielas ar masu M izdegšanas, ir atkarīgs gan no raķetes masas M, gan no raķetes darba vielas W izmešanas ātruma. Šo atkarību izsaka ar formulu

Mēs nevaram palielināt degvielas masu, nepalielinot raķetes masu, jo degviela ir jāiekrauj tajā pašā raķetē. Tiesa, raķeti var uzpildīt arī pa ceļam, kosmosā, taču šo iespēju ņemsim vērā vēlāk.

Ir pilnīgi skaidrs, ka jo vieglāka ir raķete, jo vieglāk to paātrināt līdz lielam ātrumam. Nepieciešamība ielādēt raķetē lielu degvielas masu neļauj to padarīt tik vieglu, cik vēlas. Ir tikai viena izeja - meklēt degvielu, kas būtu ļoti efektīva enerģijas ģenerēšanas ziņā. Protams, mēs varam runāt tikai par kodoltermisko degvielu. Mēs vēl nezinām par efektīvāku degvielu, lai gan tāda noteikti pastāv. Cilvēks ir spiests rīkoties no tā, kas viņam šobrīd ir. Tādējādi pagājušajā gadsimtā ļoti nopietni tika apspriests projekts par ceļošanu uz Mēnesi, izmantojot tvaika dzinēju. Bet atgriezīsimies pie raķetēm. Izrādījās, ka pat urāna kā degvielas izmantošana var ļaut raķetei sasniegt tikai 1300 km/s. Pēc zemes mērogiem tas ir ļoti liels ātrums, taču tas ir 23 reizes mazāks par gaismas ātrumu. Kodoltermiskās degvielas izmantošana (kad kodoli netiek skaldīti, bet gan sintezēti) ļaus nedaudz palielināt šo ātrumu. Bet joprojām nebūs iespējams sasniegt decilight ātrumu.

Lai parādītu, cik tehnoloģiski sarežģīts ir šis uzdevums, sniegsim piemēru. Katram masas gramam ir jābūt 3 miljonu vatu jaudai. Šajā gadījumā raķetes paātrinājums būs vienāds ar zemes paātrinājuma lielumu. Salīdzināsim šo vērtību ar reāli pieejamo vērtību. Tādējādi zemūdene, kas sver 800 tonnas, izmantojot kodoldzinēju, attīsta 15 miljonu vatu jaudu. Mums ir nepieciešams, lai šo jaudu attīstītu 5 gramus smags dzinējs. Tajā jāiekļauj visas kustīgās raķetes sastāvdaļas (ne tikai dzinējs).

Fotonu raķetes, par kurām rakstīja ne tikai zinātniskās fantastikas rakstnieki, bet arī zinātnieki, acīmredzami nevar tikt galā ar starpzvaigžņu lidojumu uzdevumu.

Pirms neilga laika tika ierosināts jauns risinājums starpzvaigžņu ceļojumu piedziņas radīšanas problēmai. Ierosināts degvielu raķetē nekraut mājās, uz Zemes, bet ņemt to pēc vajadzības tieši kosmosā. Šāda degviela var būt ūdeņradis, kas atrodas starpzvaigžņu telpā. Ūdeņraža kodolus var piespiest iesaistīties kodoltermiskās reakcijās un tādējādi attīstīt nepieciešamo jaudu, nepārslogojot raķeti ar lielu degvielas padevi. Šajā gadījumā rezerve vispār nav nepieciešama. Raķete iesūc starpzvaigžņu ūdeņradi no apkārtējās telpas, izmanto to un izmet izlietoto darba vielu. Viss šajā projektā būtu lieliski, taču ir viens “bet”: starpzvaigžņu ūdeņraža blīvums ir ļoti zems, katrā kubikcentimetrā ir tikai aptuveni viens ūdeņraža atoms. Tas ir dziļākais vakuums, ko mēs uz Zemes nekad nesasniegsim ģeniālākajos vakuumsūkņos! Lai savāktu nepieciešamo ūdeņraža daudzumu, ap raķeti ir jāfiltrē milzīgi tilpumi. Aprēķini liecina, ka, lai nodrošinātu sevi ar degvielu, raķetei ir jāuztver ūdeņradis no apkārtnes līdz 700 kilometru attālumā! Kā tehniski to var izdarīt, nav skaidrs. Kādi asmeņi jāpievieno raķetei, lai tā varētu uzņemt ūdeņradi no visas šīs telpas? Turklāt mums jāpatur prātā, ka starpzvaigžņu ūdeņraža blīvums var būt tūkstošiem reižu mazāks. Turpretī? Ir idejas arī par šo lietu. Viens no tiem ir tāds, ka neitrālais ūdeņradis ir jāpārvērš elektriski lādētās daļiņās (jonos), un tās var iesūkt raķetē, izmantojot elektriskos laukus. Bet tā ir tikai ideja. Kā to visu īstenot praksē, ir pilnīgi neskaidrs.

Tādējādi principā ir iespējams izveidot starpzvaigžņu kuģus (nekādi dabas likumi to neliedz), taču praksē mēs vēl neesam gatavi to darīt.

Mūsu laikā reālāk ir izveidot automātisku kosmosa staciju ar uzdevumu sasniegt citu mums tuvāko zvaigžņu planētas. Tādu projektu Tallinas simpozijā prezentēja M.Ya. Marovs un U.N. Zakirovs. Iepriekš veica U.N. Zakirova aprēķini liecina, ka ir iespējams palaist konteineru ar zinātnisku aprīkojumu uz kādu no tuvākajām zvaigznēm. Tam vajadzētu ilgt aptuveni 40–50 gadus. Projekts paredz piecu pakāpju raķetes izveidi. Šajā gadījumā pirmie divi posmi ir paredzēti darbībai pirmajā fāzē, kamēr raķete paātrinās līdz 40% no gaismas ātruma. Vēl divi posmi ir paredzēti arī raķetes bremzēšanai, kad tā tuvojas mērķim. Jāpatur prātā, ka pie tik liela ātruma raķetes “bremzēšanas ceļš” ir ļoti garš. Raķetes bremzēšanas laiks, tāpat kā tās paātrinājuma laiks, būs viens līdz divi gadi! Raķetes piekto pakāpi plānots izmantot lidojuma pēdējā posmā, lai manevrētu un nodrošinātu automātiskās stacijas nosēšanos.

Principiāli jauns un ļoti interesants ir projekta autoru priekšlikums neņemt stacijā visu degvielu uzreiz, bet pēc raķetes pirmās pakāpes izmantošanas to uzpildīt kosmosā. No pirmā acu uzmetiena tas var šķist dīvaini - galu galā mums pēc raķetes (vai drīzāk, vienlaikus ar to) būs jānosūta īpašs tankkuģis. Kādi ieguvumi no tā ir iespējami? Bet izrādās, ka tas ir iespējams. Izrādās, ja neuzpildīsi degvielu kosmosā, raķešu sistēmas sākotnējā masa būs jāpalielina gandrīz desmitkārtīgi! Tātad, neskatoties uz izmaksām, kas saistītas ar īpaša “degvielas uzpildītāja” izveidi, spēle ir sveces vērta. Šajā gadījumā visa sistēma kļūst diezgan reāla. Tādējādi konteinera masa ar aprīkojumu (lietderīgā krava) būs aptuveni 450 kilogrami; Raķešu sistēmas masa būs aptuveni 3000 tonnu, kas ir diezgan reāli, jo šādas raķetes jau ir apgūtas Mēness izpētes programmas īstenošanas laikā. Masas sadalījums piecos posmos ir paredzēts šādi: 2780, 293, 44, 8 un 3 tonnas.

Izstrādātā projekta īstenošana nav vienkārša un dārga. Ir iespējama arī cita iespēja: izmantojiet izlietoto tritiju. Taču lietas tehniskā puse atkal ir pilnīgi neskaidra un, bez šaubām, nav viegla.

Ko šādai zondei vajadzētu darīt kosmosā? Uz tā uzstādītajām iekārtām jādod iespēja no tām izpētīt starpzvaigžņu vidi, planētu atrašanās vietu un fiziskos apstākļus. Zondei jādod iespēja noteikt signālus no ārpuszemes civilizācijām, analizēt tos, sazināties ar abonentiem utt. Tas ir, jādara viss, kas jādara automātiskajām zondēm kosmosā, jeb, citiem vārdiem sakot, zondei jāiesaistās “visos galvenajos veidos kosmosa zinātne" Šie vārdi pieder zondes pētniekam Breisvelam.

Vai tiešām mēs spēsim sasniegt nezināmas planētas ārpus Saules sistēmas? Kā tas vispār ir iespējams?

Zinātniskās fantastikas rakstnieki un filmu veidotāji, protams, ir lieliski, viņi paveica labu darbu. Jūs patiešām vēlaties ticēt krāsainiem stāstiem, kuros cilvēki iekaro visattālākos kosmosa nostūrus. Diemžēl, pirms šis attēls kļūs par realitāti, mums būs jāpārvar daudzi ierobežojumi. Piemēram, fizikas likumi, kā mēs tos redzam tagad.

Bet! Pēdējos gados ir izveidojušās vairākas brīvprātīgo un privāti finansētas organizācijas (Tau Zero Foundation, Project Icarus, Project Breakthrough Starshot), katra ar mērķi radīt transportu starpzvaigžņu lidojumiem un tuvināt cilvēci Visuma iekarošanai. Viņu cerību un ticību panākumiem stiprina pozitīvas ziņas, piemēram, Zemes lieluma planēta riņķo ap zvaigzni Proksima Kentauri.

Starpzvaigžņu kosmosa kuģa izveide būs viena no diskusiju tēmām BBC Future World Summit "Idejas, kas maina pasauli" novembrī Sidnejā. Vai cilvēks varēs ceļot uz citām galaktikām? Un, ja jā, kāda veida kosmosa kuģi mums būs nepieciešami?

Kur mums jāiet?

Kur nav vērts lidot? Visumā ir vairāk zvaigžņu, nekā uz Zemes ir smilšu graudu — aptuveni 70 sekstiljoni (tas ir 22 nulles pēc septiņām), un zinātnieki lēš, ka miljardiem no tām ir viena līdz trīs planētas orbītā tā dēvētajā “Zelta spārna” zonā. : viņiem nav pārāk daudz aukstu un ne pārāk karstu. Tieši pareizi.

No paša sākuma līdz pat šim brīdim labākais kandidāts pirmajam starpzvaigžņu lidojumam ir bijis mūsu tuvākais kaimiņš, trīskāršo zvaigžņu sistēma Alpha Centauri. Tas atrodas 4,37 gaismas gadu attālumā no Zemes. Šogad Eiropas Dienvidu observatorijas astronomi atklāja Zemes lieluma planētu, kas riņķo ap zvaigznāja sarkano punduri Proksimu Kentauri. Planēta ar nosaukumu Proxima b ir vismaz 1,3 reizes lielāka par Zemes masu, un tās orbitālais periods ap zvaigzni ir ļoti īss - tikai 11 Zemes dienas. Bet tomēr šī ziņa ārkārtīgi sajūsmināja astronomus un eksoplanetu medniekus, jo Proxima b temperatūras režīms ir piemērots šķidra ūdens pastāvēšanai, un tas ir nopietns pluss iespējamai apdzīvojamībai.

Bet ir arī negatīvās puses: mēs nezinām, vai Proxima b ir atmosfēra, un, ņemot vērā tās tuvumu Proxima Centauri (tuvāk nekā Merkurs Saulei), tas, iespējams, tiks pakļauts zvaigžņu plazmas emisijām un starojumam. Un tas ir tik bloķēts ar plūdmaiņu spēkiem, ka viena puse vienmēr ir vērsta pret zvaigzni. Tas, protams, var pilnībā mainīt mūsu priekšstatus par dienu un nakti.

Un kā mēs tur nokļūstam?

Šis ir jautājums par 64 triljoniem dolāru. Pat ar maksimālo ātrumu, kādu mūsdienu tehnoloģijas mums ļauj attīstīt, mēs esam 18 tūkstošu gadu attālumā no Proxima B. Un ir liela varbūtība, ka, sasniedzot mērķi, mēs tur satiksim... mūsu pēcnācējus uz Zemes, kuri jau ir kolonizējuši jauno planētu un paņēmuši sev visu godību. Tik dziļi prāti un dziļas kabatas izvirza sev ambiciozu uzdevumu: atrast ātrāku veidu, kā šķērsot lielus attālumus.

Breakthrough Starshot ir 100 miljonu ASV dolāru kosmosa projekts, ko finansē Krievijas miljardieris Jurijs Milners. Izrāviens Starshot koncentrējās uz mazu bezpilota zondu izveidi ar vieglām burām, kuras virza spēcīgs uz zemes bāzēts lāzers. Ideja ir tāda, ka pietiekami daudz (tik tikko 1 gramu) sverošu kosmosa kuģi ar vieglu buru varētu regulāri paātrināt spēcīgs gaismas stars no Zemes līdz apmēram piektdaļai no gaismas ātruma. Šādā ātrumā nanozondes sasniegs Alfa Kentauri aptuveni 20 gadu laikā.

Projekta Breakthrough Starshot izstrādātāji rēķinās ar visu tehnoloģiju miniaturizāciju, jo mazajā kosmosa zondē jābūt kamerai, dzinekļiem, barošanas avotam, sakaru un navigācijas aprīkojumam. Viss, lai pēc ierašanās sazinātos: “Redzi, es esmu šeit. Bet viņa nemaz negriežas. ” Millers cer, ka tas darbosies un liks pamatu nākamajam, sarežģītākajam starpzvaigžņu ceļojuma posmam: cilvēku ceļošanai.

Kā ar deformācijas dzinējiem?

Jā, Star Trek sērijā viss izskatās ļoti vienkārši: ieslēdz velku dzinēju un lido ātrāk par gaismas ātrumu. Bet viss, ko mēs šobrīd zinām par fizikas likumiem, liecina, ka nav iespējams pārvietoties ātrāk nekā gaismas ātrums vai pat vienāds ar to. Taču zinātnieki nepadodas: NASA iedvesmojās no vēl viena aizraujoša zinātniskās fantastikas dzinēja un uzsāka NASA Evolutionary Xenon Thruster (saīsināti NEXT) projektu – jonu dzinēju, kas spēj paātrināt kosmosa kuģi līdz 145 tūkstošiem km/h, izmantojot tikai vienu frakciju. degvielas parastajai raķetei.

Bet pat ar tādu ātrumu mēs nespēsim tālu aizlidot no Saules sistēmas vienas cilvēka dzīves laikā. Kamēr mēs izdomāsim, kā strādāt ar telpu laiku, starpzvaigžņu ceļošana būs ļoti, ļoti lēna. Iespējams, ir pienācis laiks redzēt laiku, ko galaktikas klejotāji pavadīs starpzvaigžņu kosmosa kuģī, kā vienkāršu dzīvi, nevis kā braucienu ar "kosmosa autobusu" no punkta A uz punktu B.

Kā mēs izdzīvosim starpzvaigžņu ceļojumā?

Velku dzinēji un jonu dzinēji, protams, ir ļoti forši, taču tas viss būs maz lietderīgi, ja mūsu starpzvaigžņu ceļotāji nomirs no bada, aukstuma, dehidratācijas vai skābekļa trūkuma, pirms viņi pat pamet Saules sistēmu. Pētniece Reičela Ārmstronga apgalvo, ka mums ir pienācis laiks domāt par reālas ekosistēmas izveidi starpzvaigžņu cilvēcei.

"Mēs pārejam no industriālā skatījuma uz ekoloģisko realitātes redzējumu," saka Ārmstrongs.

Ārmstrongs, eksperimentālās arhitektūras profesors Ņūkāslas Universitātē Apvienotajā Karalistē, par jēdzienu "pasaule" saka: "Tas ir par dzīves telpu, nevis tikai objekta dizainu." Mūsdienās kosmosa kuģa vai stacijas iekšienē viss ir sterils un izskatās kā rūpnieciskā objektā. Ārmstrongs uzskata, ka tā vietā mums vajadzētu padomāt par kosmosa kuģu vides aspektiem: augiem, kurus varam audzēt uz kuģa, un pat augsnes veidiem, ko ņemam līdzi. Viņa ierosina, ka nākotnē kosmosa kuģi izskatīsies pēc milzīgiem biomiem, kas pilni ar organisku dzīvību, nevis kā mūsdienu aukstajām metāla kastēm.

Vai mēs nevaram visu ceļu gulēt?

Kriomiegs un ziemas miegs, protams, ir labs risinājums visai nepatīkamai problēmai: kā saglabāt cilvēku dzīvību ceļojuma laikā, kas ilgst daudz ilgāk nekā pati cilvēka dzīve. Vismaz tā viņi to dara filmās. Un pasaule ir pilna ar kriooptimistiem: Alcor Life Extension Foundation glabā daudz kriokonservētu ķermeņu un cilvēku galvas, kas cer, ka mūsu pēcnācēji iemācīsies droši atsaldēt cilvēkus un atbrīvoties no šobrīd neārstējamām slimībām, taču šobrīd šādas tehnoloģijas to nedara. pastāv.

Tādas filmas kā Interstellar un tādas grāmatas kā Nīla Stīvensona Seveneves ir radījušas ideju nosūtīt kosmosā saldētus embrijus, kas varētu izdzīvot pat garāko lidojumu, jo tiem nav nepieciešams ēst, dzert vai elpot. Bet tas rada “vistas un olas” problēmu: kādam ir jārūpējas par šo topošo cilvēci bezsamaņā.

Tātad, vai tas viss ir īsts?

"Kopš cilvēces rītausmas mēs esam skatījušies uz zvaigznēm un vērsuši pret tām savas cerības un bailes, rūpes un sapņus," saka Reičela Ārmstronga..

Uzsākot jaunus inženiertehniskos projektus, piemēram, Breakthrough Starshot, "sapnis kļūst par īstu eksperimentu".

Tikai mūsu Galaktikā attālumi starp zvaigžņu sistēmām ir neiedomājami lieli. Ja Zemi patiešām apmeklēs citplanētieši no kosmosa, viņu tehniskās attīstības līmenim vajadzētu būt simts reižu augstākam par mūsu pašreizējo līmeni uz zemes.

Vairāku gaismas gadu attālumā

Lai norādītu attālumus starp zvaigznēm, astronomi ieviesa jēdzienu "gaismas gads". Gaismas ātrums ir ātrākais Visumā: 300 000 km/s!

Mūsu galaktikas platums ir 100 000 gaismas gadu. Lai pārvarētu tik milzīgu attālumu, citplanētiešiem no citām planētām ir jāuzbūvē kosmosa kuģis, kura ātrums ir vienāds ar gaismas ātrumu vai pat pārsniedz to.

Zinātnieki uzskata, ka materiāls objekts nevar pārvietoties ātrāk par gaismas ātrumu. Tomēr viņi iepriekš uzskatīja, ka nav iespējams attīstīt virsskaņas ātrumu, taču 1947. gadā Bell X-1 lidmašīnas modelis veiksmīgi pārrāva skaņas barjeru.

Iespējams, nākotnē, kad cilvēce būs uzkrājusi vairāk zināšanu par Visuma fiziskajiem likumiem, zemes iedzīvotāji varēs uzbūvēt kosmosa kuģi, kas pārvietosies ar gaismas ātrumu un vēl ātrāk.

Lieliski ceļojumi

Pat ja citplanētieši spēj ceļot pa kosmosu ar gaismas ātrumu, šāds ceļojums prasītu daudzus gadus. Zemes iedzīvotājiem, kuru dzīves ilgums ir vidēji 80 gadi, tas būtu neiespējami. Tomēr katrai dzīvo būtņu sugai ir savs dzīves cikls. Piemēram, Kalifornijā, ASV, ir saru priedes, kurām jau ir 5000 gadu.

Kas zina, cik gadus dzīvo citplanētieši? Varbūt vairākus tūkstošus? Tad viņiem ir ierasti starpzvaigžņu lidojumi, kas ilgst simtiem gadu.

Īsākie ceļi

Visticamāk, ka citplanētieši atrada īsceļus caur kosmosu - gravitācijas "caurumus" jeb gravitācijas radītus kosmosa izkropļojumus. Šādas vietas Visumā varētu kļūt par sava veida tiltiem – īsākajiem ceļiem starp debess ķermeņiem, kas atrodas dažādos Visuma galos.

Vai starpzvaigžņu ceļojumi no sapņa var pārvērsties par reālu iespēju?

Zinātnieki visā pasaulē saka, ka cilvēce kosmosa izpētē virzās arvien tālāk un parādās jauni atklājumi un tehnoloģijas. Tomēr cilvēki joprojām var tikai sapņot par starpzvaigžņu lidojumiem. Bet vai šis sapnis ir tik nesasniedzams un nereāls? Kas cilvēcei ir šodien un kādas ir nākotnes izredzes?

Pēc ekspertu domām, ja progress neapsīks, tad viena vai divu gadsimtu laikā cilvēce spēs piepildīt savu sapni. Īpaši jaudīgais Keplera teleskops savulaik ļāva astronomiem atklāt 54 eksoplanētas, kurās iespējama dzīvības attīstība, un šodien jau ir apstiprināta 1028 šādu planētu esamība. Šīs planētas, kas riņķo ap zvaigzni ārpus Saules sistēmas, atrodas tik tālu no centrālās zvaigznes, ka uz to virsmas var uzturēt šķidru ūdeni.

Taču atbildi uz galveno jautājumu – vai cilvēce Visumā ir viena – joprojām nav iespējams iegūt milzu attālumu dēļ līdz tuvākajām planētu sistēmām. Daudzās eksoplanetas, kas atrodas simts vai mazāk gaismas gadu attālumā no Zemes, kā arī to radītā milzīgā zinātniskā interese liek mums paskatīties uz starpzvaigžņu ceļojumu ideju pavisam citādāk.

Lidojums uz citām planētām būs atkarīgs no jaunu tehnoloģiju attīstības un metodes izvēles, kas nepieciešama tik tāla mērķa sasniegšanai. Tikmēr izvēle vēl nav izdarīta.

Lai zemes iedzīvotāji varētu pārvarēt neticami milzīgus kosmiskos attālumus un salīdzinoši īsā laika periodā, inženieriem un kosmologiem būs jāizveido principiāli jauns dzinējs. Ir pāragri runāt par starpgalaktiskiem lidojumiem, taču cilvēce varētu izpētīt Piena ceļu, galaktiku, kurā atrodas Zeme un Saules sistēma.

Piena Ceļa galaktikā ir aptuveni 200–400 miljardu zvaigžņu, ap kurām planētas pārvietojas savās orbītās. Saulei tuvākā zvaigzne ir Alfa Kentauri. Attālums līdz tam ir aptuveni četrdesmit triljoni kilometru jeb 4,3 gaismas gadi.

Raķetei ar parasto dzinēju uz to būs jālido aptuveni 40 tūkstošus gadu! Izmantojot Ciolkovska formulu, ir viegli aprēķināt, ka, lai kosmosa kuģis ar reaktīvo dzinēju ar raķešu degvielu paātrinātu līdz 10% no gaismas ātruma, ir nepieciešams vairāk degvielas, nekā ir pieejams uz visas Zemes. Tāpēc runāt par kosmosa misiju ar modernajām tehnoloģijām ir pilnīgs absurds.

Pēc zinātnieku domām, nākotnes kosmosa kuģi varēs lidot, izmantojot termokodolraķešu dzinēju. Kodolsintēzes reakcija var saražot enerģiju uz masas vienību vidēji gandrīz miljons reižu vairāk nekā ķīmiskās sadegšanas process.

Tāpēc 1970. gadā inženieru grupa kopā ar zinātniekiem izstrādāja milzu starpzvaigžņu kuģa projektu ar kodoltermiskās piedziņas sistēmu. Bija paredzēts, ka bezpilota kosmosa kuģis Daedalus ir aprīkots ar impulsa kodoltermisko dzinēju. Mazas granulas bija jāiemet sadegšanas kamerā un jāaizdedzina ar spēcīgu elektronu staru kūļiem. Plazma kā kodoltermiskās reakcijas produkts, kas izplūst no dzinēja sprauslas, nodrošina kuģa vilkmi.

Tika pieņemts, ka Daidalam bija jālido uz Barnarda zvaigzni, uz kuru ceļš atrodas sešu gaismas gadu attālumā. Milzīgs kosmosa kuģis to sasniegtu pēc 50 gadiem. Un, lai gan projekts netika realizēts, līdz šai dienai reālāka tehniskā projekta nav.

Vēl viens virziens starpzvaigžņu kuģu radīšanas tehnoloģijā ir saules bura. Saules buras izmantošana mūsdienās tiek uzskatīta par visdaudzsološāko un reālāko zvaigžņu kuģa iespēju. Saules buru laivas priekšrocība ir tāda, ka uz klāja nav nepieciešama degviela, kas nozīmē, ka kravnesība būs daudz lielāka nekā citiem kosmosa kuģiem. Jau šodien ir iespējams uzbūvēt starpzvaigžņu zondi, kur saules vēja spiediens būs galvenais kuģa enerģijas avots.

Par nodomu nopietnību attīstīt starpplanētu lidojumus liecina projekts, kas kopš 2010. gada tiek izstrādāts vienā no galvenajām NASA zinātniskajām laboratorijām. Zinātnieki strādā pie projekta, lai nākamo simt gadu laikā sagatavotos pilotētam lidojumam uz citām zvaigžņu sistēmām.