Tarpžvaigždinis skrydis – tai kelionė tarp žvaigždžių pilotuojamomis transporto priemonėmis arba automatinėmis stotimis. Dažniausiai tarpžvaigždinis skrydis reiškia pilotuojamas keliones, kartais su galimu ekstrasolinių planetų kolonizavimu.

Žemės-Mėnulio sistemos Lagranžo taškuose (gravitacinės pusiausvyros taškuose) prasidės tarpžvaigždinių laivų eskadrilės statyba. Medžiagos dažniausiai gali būti pristatomos iš Mėnulio bazių – pavyzdžiui, konteineriai su jomis šaudomi elektromagnetiniais ginklais ir užfiksuojami specialiose spąstų stotyse statybų teritorijoje. Tarpžvaigždinio laivo variklis turi turėti tokią pat galią, kaip ir visos žmonijos šiandien sunaudojamos galios. Remiantis numatomomis technologijomis ir išteklių galimybėmis, galima pateikti būsimų tarpžvaigždinių kelionių metmenis.

Svarstant apie bet kokios paskirties erdvėlaivį, patogu jį padalyti į dvi dalis – varomąją sistemą ir naudingąją apkrovą. Varomoji sistema dažniausiai reiškia ne tik pačius variklius, bet ir kuro bakus bei reikiamas jėgos konstrukcijas. Kalbant apie tarpžvaigždinių kelionių problemas, varomoji sistema yra pagrindinis veiksnys, lemiantis projekto įgyvendinamumą. Tačiau varomosios sistemos sukūrimo problemos nepatenka į šio svarstymo sritį. Mums dabar svarbu tai, kad yra technologijų, kurios savo tobulėjimo eigoje gali tapti priimtinos tarpžvaigždiniams skrydžiams. Čia pirmiausia yra inercinės termobranduolinės sintezės panaudojimo raketų varymui technologija. 3,5 milijardo dolerių vertės amerikiečių NIF (National Ignition Facility) instaliacija, skirta lazerinei termobranduolinei sintezei tirti, jau sulaukė rezultatų, rodančių, kad šiuo principu galima sukurti raketinį variklį. Netoli Sarovo statoma dar galingesnė tokio tipo instaliacija. Šios instaliacijos menkai primena raketinius variklius, tačiau grubiai „perkirpę“ juos per pusę, atsikratę pamatų, sienų ir daugybės erdvėje nereikalingos įrangos, gausime raketinį variklį, kurį bus galima patobulinti iki tarpžvaigždinės versijos. Nesigilindami į smulkmenas pažymime, kad tokie varikliai būtinai bus dideli, sunkūs ir labai galingi. Tarpžvaigždinio laivo variklis turi turėti tokią pat galią, kaip ir visos šiandieninės žmonijos suvartojamos galios. Turint tokį variklį (o jei jo nėra, tai nėra apie ką kalbėti), gali jaustis laisviau, atsižvelgiant į naudingosios apkrovos parametrus. Analogiškai, jei dviratininkui jau pastebimi papildomi 50 kg, tai dyzelinis lokomotyvas net nepastebės papildomų 50 tonų.

Apsiginklavę šiuo supratimu, galime pabandyti įsivaizduoti pirmąją tarpžvaigždinę ekspediciją. Tokiu atveju turėsite naudoti atliktų skaičiavimų ir įvertinimų rezultatus, tačiau čia dėl akivaizdžių priežasčių jų atkurti negalima.

Žemės-Mėnulio sistemos Lagranžo taškuose (gravitacinės pusiausvyros taškuose) prasidės tarpžvaigždinių laivų eskadrilės statyba. Medžiagos didžiąja dalimi gali būti pristatomos iš Mėnulio bazių – pavyzdžiui, konteineriai su jomis šaudomi elektromagnetiniais ginklais ir fiksuojami specialiose spąstų stotyse statybų teritorijoje.

Vienas laivas reiškia šimtus tūkstančių tonų naudingosios apkrovos, milijonus tonų variklių, dešimtis milijonų tonų degalų. Skaičiai gali gąsdinti, tačiau, kad nebūtų per daug įbauginti, juos galima palyginti su kitais dideliais statybų projektais. Seniai, per 20 metų, buvo pastatyta daugiau nei 6 mln. tonų sverianti Cheopso piramidė. Arba jau mūsų laikais – Kanadoje 1965 metais buvo pastatyta Šiaurės Damos sala. Prireikė tik 15 milijonų tonų grunto, o statybos truko tik 10 mėnesių. Didžiausio jūrų laivo „Knock Nevis“ vandentalpa siekė 825 614 tonų. Statyba erdvėje turi savų specifinių sunkumų, tačiau turi ir tam tikrų privalumų, pavyzdžiui, galios elementų palengvėjimas dėl nesvarumo, faktinis masės ir dydžio apribojimų nebuvimas (Žemėje pakankamai didelė konstrukcija pati save sutraiškys).

Maždaug 95% tarpžvaigždinio laivo masės sudarys termobranduolinis kuras. Greičiausiai bus naudojamas boro vandenilis, kuras bus kietas, bakų nereikės, o tai labai pagerina laivo charakteristikas ir palengvina jo konstrukciją. Borohidridus geriau rinkti ne Žemės-Mėnulio sistemoje, o kur nors toliau nuo Saulės, pavyzdžiui, Saturno sistemoje, kad būtų išvengta nuostolių dėl sublimacijos. Statybos laikas gali būti vertinamas kelis dešimtmečius. Laikotarpis nėra toks ilgas, be to, tie patys statytojai tuo pačiu metu atliks ir kitus Saulės sistemos plėtros darbus. Statybas geriau pradėti statant laivo gyvenamuosius kvartalus, kuriuose gyvens statybininkai ir kiti specialistai. Tuo pačiu metu statant ir kaupiant kurą uždaros gyvybės palaikymo sistemos stabilumas bus tikrinamas dešimtmečius.

Uždara gyvybės palaikymo sistema tikriausiai yra antra sunkiausia problema po variklio problemos. Per dieną vienas žmogus suvartoja maždaug 5 kg vandens, maisto ir oro, jei pasiimsite viską su savimi, jums prireiks daugiau nei 200 tūkst. Sprendimas – pakartotinai panaudoti išteklius, kaip tai vyksta Žemės planetoje.

Visą tarpžvaigždinių skrydžių nuotolių mastą galima patirti tik tada, kai atsižvelgsime į tokių skrydžių vykdymo priemones. Žinoma, toks svarstymas nėra skirtas „pajusti atstumą“. Tai taip pat negali būti laikoma konkretaus tarpžvaigždinių laivų dizaino projektu. Tarpžvaigždinių kelionių tyrimas šiandien yra inžinerinio ir teorinio pobūdžio. Neįmanoma įrodyti, kad tarpžvaigždiniai skrydžiai yra neįmanomi, tačiau niekam nepavyko įrodyti jų pagrįstumo. Išeitis iš padėties nelengva – būtina pasiūlyti tarpžvaigždinių laivų projektą, kurį inžinierių ir mokslo bendruomenė priimtų kaip įmanomą.

Pavienių tarpžvaigždinių laivų, kurie yra mokslinės fantastikos taisyklė, skrydžiai neįmanomi; Tai yra saugos reikalavimas, be to, jis užtikrina ir gyvenimo įvairovę per bendravimą tarp skirtingų laivų įgulų.

Baigus statyti eskadrilę, ji persikelia į sukauptas kuro atsargas, prisišvartuoja su jais ir leidžiasi. Matyt, įsibėgėjimas bus labai lėtas ir per metus ar dvejus dar mobilieji įrenginiai galės išmesti į laivus tai, ką pamiršo, ir nuimti persigalvojusius.

Skrydis truks 100-150 metų. Lėtas pagreitis, kurio pagreitis yra maždaug šimtoji žemės pagreičio dalis per dešimties metų laikotarpį, dešimtis metų skrydžio pagal inerciją ir šiek tiek greitesnis nei pagreitis. Greitas įsibėgėjimas gerokai sumažintų skrydžio laiką, tačiau tai neįmanoma dėl neišvengiamai didelės varomosios sistemos masės.

Skrydis nebus toks kupinas kosminių nuotykių, kaip aprašyta mokslinės fantastikos literatūroje. Išorinių grėsmių praktiškai nėra. Kosminių dulkių debesys, turbulencija erdvėje, laiko tarpai – visa ši atributika nekelia grėsmės dėl savo nebuvimo. Netgi nereikšmingi meteoritai tarpžvaigždinėje erdvėje yra itin reti. Pagrindinė išorinė problema – galaktikos kosminė spinduliuotė, kosminiai spinduliai. Tai izotropinis elementų branduolių srautas, turintis didelę energiją ir dėl to didelį prasiskverbimą. Žemėje mus nuo jų saugo atmosfera ir magnetinis laukas erdvėje, jei skrydis ilgas, turime imtis specialių priemonių, apsaugoti laivo gyvenamąją zoną, kad kosminės spinduliuotės dozė labai neviršytų; žemiškasis lygis. Čia padės paprasta projektavimo technika - kuro atsargos (ir jos yra labai didelės) yra aplink gyvenamąsias patalpas ir didžiąją skrydžio laiko dalį apsaugo jas nuo radiacijos.

Kosmoso amžius prasidėjo 1957 metų spalio 4 dieną. Vargu ar verta vėl ir vėl aprašinėti šios dienos detales. Jie tapo kanoniniais. Svarbesnis yra pats faktas: Sovietų Sąjunga į kosmosą, į Žemės orbitą, paleido pirmąjį pasaulyje dirbtinį palydovą.

Pereikime pirmuosius žingsnius vis dar keliuose prieigos prie kosmoso įvaldymo etapuose. Tai padaryti mums nesunku, nes daugelis jų paženklinti mūsų šalies spalvomis.

1959 metų sausio 2 d Pirmoji kosminė raketa „Dream“ paliko sovietinį kosmodromą Mėnulio link ir tapo pirmąja dirbtine Saulės sistemos planeta.

1959 metų rugsėjo 12 d Antroji kosminė raketa Luna-2 į Žemės palydovo paviršių nugabeno pirmąjį vimpelą, vaizduojantį Sovietų Sąjungos herbą. Pirmasis reikalavimo ramstis erdvėje.

1961 metų vasario 12 d Daugiapakopė raketa į orbitą iškėlė antrąjį sovietų sunkųjį Žemės palydovą, iš kurio tą pačią dieną startavo iš Žemės valdoma kosminė raketa. Ji paleido automatinę tarpplanetinę stotį „Venera-1“ į trajektoriją Veneros link.

1962 m. lapkričio 1 d Sovietinė automatinė stotis „Mars-1“ atiteko mūsų išorinei kaimynei – Marso planetai.

1968 metų lapkričio 10 d Sovietinė automatinė stotis Zond-6 nuskrido į Mėnulį, apskriejo jį ir grįžo į Žemę ne šiaip kaip akmuo iš kosmoso, bet naudodamasi paties laivo aerodinaminėmis savybėmis. Pirmasis planetinis laivas.

1969 m. liepos 23 d. Speciali amerikiečių erdvėlaivio „Apollo 11“ kabina nusileido ant natūralaus Žemės palydovo paviršiaus, o žmogus pirmą kartą įkėlė koją į Mėnulį.

Pirmasis iš salono paliko astronautas Neilas Armstrongas. Po jo sekė jo skrydžio draugas Edwinas Aldrinas.

Tai yra etapų žingsniai. Už kiekvieno iš jų slypi ilga patobulinimų, patobulinimų serija, visos rezultatų konsolidavimo kopėčios. Taikant optimistinę šių pastangų ekstrapoliaciją, nesunku susigundyti apskaičiuoti metus ir dieną, kada buvo išsiųstas pirmasis tarpžvaigždinis erdvėlaivis. Taip pat pabandykime sudaryti „astronautikos horoskopą“.

2. Atstumas, laikas, greitis, reliatyvumas

Žemė yra smėlio grūdelis erdvėje: pažįstamas palyginimas su žmonių rasės pažeminimu. O kas, jei iš tikrųjų įsivaizduotume, kad mūsų planeta sumažėjo iki smėlio grūdelio dydžio? Tačiau galite pasirinkti kitą kelią. Įsivaizduokite, kad augate iki savotiškos „super mikromegos“, kurioms Žemė yra smėlio grūdelis. Iš esmės skirtumo nėra – viskas pasaulyje yra reliatyvu, o kai kuriems skaitytojams antrasis variantas gali patikti labiau.

Vienaip ar kitaip, Žemė yra smėlio grūdelis. Mastelis 1:180 mlrd. Tada Saulė neviršys žirnio dydžio. O atstumas tarp smėlio grūdelio ir žirnio neturėtų būti didesnis nei metras. Čia pat, per kelis žingsnius, yra planetų, į kurias jau nusileido pirmieji antžeminiai erdvėlaiviai, orbitos. Bet mus domina žvaigždės. Koks bus atstumas mūsų masteliu... na, bent iki artimiausio - Proxima Centauri?

Nesidairyk, nelipk į medį, nelipk ant dviračio. Kitas „žirnis“ buvo pamestas maždaug už 220 kilometrų nuo mūsų „smėlio grūdo“, ieškokite! Šimtai kilometrų – ir smėlio bei žirnių grūdai. Bet tai yra Proxima! Pati artimiausia! Astronomai mano, kad tai vos per akmenį, tik 40 420 000 000 000 000 kilometrų – smulkmena. Toje pačioje skalėje atstumas iki populiariausios kaimyninės galaktikos Andromedos ūko yra lygus... Žemės orbitos spinduliui! Ir visa tai vėl už smėlio ir žirnių grūdus.

Tokie atstumai verčia susimąstyti. Juk tam, kad šiuolaikinė raketa nukeliautų kelią į Kentauro Proksimą, ji turės skristi 76 tūkst. Tikrai tokia ilga kelionė per monotonišką kosmoso dykumą gali pasidaryti nuobodi. Vienintelis būdas sumažinti atstumą, taigi ir skrydžio laiką, yra padidinti greitį. Bet iki kada? Akivaizdu, kad maksimaliai. Ir tai yra šviesos greitis!

Spindulys iš Proksimos Kentauro į Žemę nukeliauja per 4,29 metų. Šviesos greitis yra fizinė riba – 300 tūkstančių kilometrų per sekundę. Daugiau taip nebūna.

Na, o jei kelionės tikslas yra nutolęs nuo Saulės, pavyzdžiui, 160 šviesmečių, kaip Spica iš Mergelės žvaigždyno arba Betelgeuse – 650 šviesmečių, ką tada daryti? Juk tokiai kelionei vienos žmogaus gyvybės vis tiek neužtenka. Tai reiškia, kad vargu ar tolimos žvaigždės greitai lauks žemiškų turistų!

Ir štai įžengiame į reliatyvumo karalystę. Žemiški dėsniai šioje karalystėje trūkinėja visose siūlėse, o įprastos fizinės formulės įgauna reliatyvistinį pataisą. (Tačiau, kadangi kalbame apie žvaigždžių turizmą, ar nereikėtų sakyti ne „reliatyvistinis“, o „reliatyvistinis“? Juk kai kurie literatai sugalvojo terminą „turistas“, o ne „turistas“.)

Dabar atėjo laikas pažvelgti į šias formules. Žvaigždžių laivo keleivis turės prie jų priprasti, nieko nepadarysi. Ir jie čia pateikiami dar dėl dviejų priežasčių: pirma, jie patys yra pamokantys ir vaizdingi, tuo padedantys kelti erudiciją; antra, dabar išvis nei viena knyga neapsieina be formulių, net jei joje kalbama apie pointer šuniuko auginimą. Galiausiai, svarbų vaidmenį suvaidino tai, kad pateiktos lygtys šiandien aptinkamos ne rečiau nei folkloro freskos viešose vietose. Ir todėl autoriui nieko nekainuoja įtraukti juos į knygą.

Žinoma, turime pradėti nuo to, kad dramatiškiausias ir jaudinantis reliatyvumo teorijos teiginys yra vadinamasis „dvynių paradoksas“. Jo reikšmė ta, kad raketos greičiui priartėjus prie šviesos greičio, skrydžio dalyvių laikrodžiai ima beviltiškai atsilikti nuo žemėje esančių. Tačiau tuo pat metu visi autoriai įžūliai vengia klausimo apie šio teiginio pagrįstumą judėjimo pagreičiams ir lėtėjimams, skrydžiams tiesia linija arba uždara kreive. Taip pat nelaikysime savęs protingesniais už kitus. Galų gale, niekas rimtai nesiruošia į žvaigždes, o Einšteinas, deja, mirė.

Taigi raketoje, kuri, paleidusi iš Žemės, skrenda požeminiu greičiu, laikas tęsiasi pagal dėsnį:

O apleistoje ir nepaguodžiamoje Žemėje laikas, tas pats T0, bėga daug greičiau. Ir kuo arčiau šviesos greičio, tuo lėčiau teka raketos laikas, grasindamas visiškai sustoti ties riba. Tačiau esant žvaigždės laivo greičiui, lygiam 0,996 šviesos greičio C, tai yra, 298 500 kilometrų per sekundę, 10 Žemės metų astronautams virsta vieneriais metais!

Tai nuostabu!

Tai atskleidžia mums ne tik mūsų sistemos žvaigždes, bet ir visą visatą. Tiesiog vairuokite erdvėlaivį ir leiskite kalendoriui Žemėje spustelėti šimtmečius per sekundę. Mums tiesiog reikia greitai pastatyti tokį greitą laivą.

3. Kada bus pastatytas erdvėlaivis?

Raketos greitį lemia iš purkštuko išbėgančios sudegusio kuro dalelės. Jei šviesos kvantai ar fotonai bus priversti ištrūkti iš raketų purkštukų, tada raketų greitis priartės prie fizinės ribos! Tai reiškia, kad jums tereikia sukurti fotonų laivą!

Kad neužimtų vietos aprašant žvaigždėlaivio veikimo principą ir dizainą, autorė kviečia skaitytoją tai padaryti savarankiškai. Be to, jei mielas skaitytojas pridės ką nors savo, didelių bėdų nebus. Tačiau mes einame į priekį.

Norint įvertinti laiką, kada tokia konstrukcija taps įmanoma, pirmiausia reikia įvertinti lainerio tūrį, tai yra apskaičiuoti minimalią laivo naudingosios apkrovos masę. Tai apims viską, kas yra įrengta erdvėlaivyje, įskaitant gyvąjį įgulos svorį. Viskas, išskyrus degalus.

Paskutinis „technologijų šauksmas“ Žemėje, ko gero, yra milžiniški tanklaiviai, kurių tūris yra 100 tūkstančių tonų. Žvaigždžių laivo laukia ilga ir ilga kelionė, tad imkim jo dydį nebūdami godūs, taip pat 100 tūkstančių tonų! Be to, tikriausiai prireiks nemažai degalų. Beje, apie degalus. Rūpinimasis juo – ne mūsų reikalas. Manome, kad fizikai gavo superpapildomą kurą, kuris be jokių likučių virsta spinduliuote, išmoko jį laikyti magnetiniuose ar kitokiuose buteliuose ir šiam kurui sukonstravo variklį, galintį suvirškinti energiją, maždaug lygią milijonas atominių bombų kas sekundę ir išliks visa. Mūsų užduotis yra nustatyti „kiek degalų reikia“ ir supilti į bakus. O Dieve, Einšteinas vėl kišasi! Kai greitis artėja prie šviesos greičio, masė pradeda didėti. Štai jos lygtis:

Kai raketa įsibėgės, ji taps vis sunkesnė. Tai reiškia, kad padidės ir degalų sąnaudos. Ją teks įmesti į pakurą iš pradžių dešimt kartų, paskui šimtą, paskui dar tūkstantį kartų. Tačiau atvykus į vietą dar reikia stabdyti. Tada vėl greitėjimas ir vėl stabdymas grįžtant. Trumpai tariant, konservatyviausiais skaičiavimais, norint pagreitinti 100 tūkstančių tonų sveriantį erdvėlaivį iki 0,995 C greičio, degalų masė turi būti maždaug milijoną (!) kartų didesnė už naudingąją konstrukcijos masę ir siekti 100 000 000 000 tonų. Dar šiek tiek – ir lengviausias būdas būtų pritvirtinti reaktyvinį variklį tiesiai prie Žemės rutulio.

Ech, taip, matau, kad mūsų statybininkų komanda labai išretėjo. Bijojote pirmųjų sunkumų? Gėda! Arba jų bus daugiau.

Mes ir toliau svajosime. Svajoti yra taip nuostabu, taip didinga!!! Galų gale, ar svarbu, kaip bus išvengta projektavimo sunkumų? Svarbu tikėti, kad tai bus padaryta! Be to, idėja puiki! Tada – vadovaukitės idėja ir pirmyn!

4. Kosmoso rifai

Nėra nė vieno tikro nuotykių kosmoso-fantastinio romano, kurio herojai nesusidurtų akis į akį su meteoritu. Priešingu atveju apleista erdvė nesuteiks jokių aštrių situacijų, o žanras mirs. (Apie tai autorius kalba išmanant, nes, parašęs keletą mokslinės fantastikos opusų, ne kartą nuolat supriešino savo herojus su įvairaus dydžio meteoritais.) Ir tai ne juokas. Daugelis žmonių net neįtaria, kokį pavojų kelia atsitiktinai už atmosferos išskrendantys meteoritai.

1932 metais meteoritas prasiskverbė į atmosferą ir, laimei, išvengė visiško degimo, nuskrido į Žemę. Pasirinkau kritimo vietą - Tokiją ir... įsipainiojau į jaunos japonės kimono. Gerai, kad šiandien ši patirtis neapsikentė Europos šalyse. Šiuolaikinių merginų sijonai vargu ar suteiktų saugų nusileidimą kosmoso svečiui.

Yra žinomi atvejai, kai meteoritai dėl tam tikrų priežasčių daugiausia nukrito ant katedrų stogų. Meteoritai padarė žalos gyvulininkystei, kartais žūdavo naminiai gyvūnai. Ir vieną dieną dangiškas akmuo trenkėsi tiesiai į skalbėjos lovį. Tai buvo prieš plačiai pradėjus naudoti skalbimo mašinas ir mechanines skalbyklas.

Būtent dėl ​​kosminių šiukšlių, krintančių ant mūsų planetos paviršiaus, Žemė kasdien priauga nuo dešimties iki šimto tūkstančių tonų.

Meteoritų, su kuriais susiduria Žemė, greitis skiriasi. Jis svyruoja nuo 11 iki 80 kilometrų per sekundę. Jei toks pusės centimetro skersmens akmenukas atsitrenks į palydovą, jis atvers skylę net 12 milimetrų storio plieniniame korpuse. Tiesa, tokio susitikimo tikimybės skaičiavimai gali nesuteikti drąsos net pesimistams. Netoliese erdvėje laivas ir toks meteoritas (sveriantis maždaug 3,5 gramo) gali susitikti ne dažniau kaip kartą per 30–40 tūkstančių metų! Galima daryti prielaidą, kad tarpžvaigždinėse erdvėse susitikimo tikimybė dar mažesnė. Tiesa, mažėjant meteorito dydžiui ši tikimybė didėja maždaug kvadratiškai.

Taigi su 1 milimetro skersmens materijos dalele du susitikimus iš eilės jau skiria tik 350–400 metų intervalas. 0,5 milimetro skersmens bėdos galimos kas 15 metų. O susidūrimai su 0,25 milimetro dydžio smėlio grūdeliais gali įvykti kas ketverius metus.

Visos aukščiau pateiktos diskusijos buvo susijusios su paprastais palydovais arba geriausiu atveju tarpplanetiniais laivais, keliaujančiais per Saulės sistemą. Bet mes skrendame į žvaigždes! Vėl Einšteinas ir vėl bėdos. Kūno, skraidančio požeminiu greičiu, kinetinės energijos formulė atrodo taip:

kur m o likusioji masė. Labai įdomius skaičiavimus atliko sovietų fizikas Sergejus Michailovičius Rytovas. Jis svarsto susidūrimą tarp 260 tūkstančių kilometrų per sekundę skriejančio žvaigždėlaivio ir mikroskopinės dulkių dėmės, sveriančios vieną miligramą. Susidūrimo metu išsiskiriančios energijos pakanka tiesiogine prasme „išgarinti“ 10 tonų geležies. Bet tai nėra pats blogiausias dalykas. Blogiausia tai, kad tokiais greičiais atominių dalelių energija mikrometeorituose, slenkančiuose link laivo, yra daug didesnė nei atomų surišimo energija kristalinėje gardelėje. Tai reiškia, kad meteoritas atsitrenks į laivo korpusą ne kaip atskiras materijos gabalas, galintis prasiskverbti pro žvaigždėlaivį, o kaip sunkiųjų kosminių dalelių užtvara. Įsiskverbę vos kelis centimetrus į korpuso metalą, ten, gelmėse, jie atiduos visą savo milžinišką energiją, sukeldami šiluminį sprogimą.

Taigi vienas miligramą sveriantis medžiagos grūdelis susprogdins visą didžiulį laivą.

Bet būkime optimistai. Juk susitikimas su tokia dalele galimas kartą per pusantro šimto metų. Gal susitvarkysime. Juk iš esmės tuštuma yra tuščia! Remiantis šiuolaikiniais duomenimis, vidutinis tarpžvaigždinių dulkių medžiagos tankis Galaktikoje yra apie 10–10 gramų kubiniame kilometre – nereikšmingas. Tačiau 260 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu kiekvienas erdvėlaivio priekinio paviršiaus kvadratinis metras per valandą įveiks apie 1800 kubinių kilometrų ir tikriausiai susidurs su 0,00018 miligramų išpurkštos medžiagos. Jei 1 miligramą sveriantis mikrometeoritas išgarina 10 tonų geležies, tai dviejų tūkstantųjų miligramo dalių grūdas tikrai surys du kilogramus kūno. Ir taip kas valandą. Nematomos, beveik nepastebimos kosminės dulkės, kaip švitrinis popierius, tokiais tempais pagaląs žvaigždėlaivio korpusą, kad per kiek daugiau nei penkerius metus iš visos naudingosios 100 tūkstančių tonų masės neliks nė gramo.

Tačiau pamiršome ir tarpžvaigždines dujas. Vandenilio erdvėje yra daugiau nei dulkių. Vidutiniškai – vienas atomas kubiniame centimetre.

Žvaigždiniam laivui, plaukiančiam silpnu šviesos greičiu, šios silpnos dujos virstų tankiu greitų, didelės energijos dalelių srautu. Atsitrenkę į laivo korpusą, jie generuos kietų rentgeno spindulių lietų, nuo kurių bus galima pasislėpti tik už storų betoninių sienų. Priešingu atveju mūsų astronautai mirs neturėdami laiko mėgautis neįprastais vaizdais, kurie prieš juos atsivers pro laivo langus. Ir bus ką pamatyti, tai pamatysite skaitydami kitą skyriaus skyrių.

Tačiau norint užbaigti šį „linksmą“ netikėtumų ir kliūčių, kurias turės įveikti drąsūs žmonės, sąrašą, autorė ragina linksmai sušukti Margaritos Aliger dvasia: „Ir vis dėlto aš tikiu!...“ Gaila, kad tikėjimas moksle yra tas pats, kas malkos kosminės raketos variklyje.

Nors gali būti, kad ateis laikas, o žmonija, jei pavyks iki to laiko išgyventi, išskris į žvaigždes. Tačiau tai įvyks taip, kad šiandien mes taip toli nuo supratimo, kaip Hiparcho amžininkai buvo nuo mūsų samprotavimų.

5. Reliatyvistinės dangaus navigacijos problemos

Vienas bjauriausių išbandymų, kurį patiria pilotas, o dabar ir astronautas, kaip rodo filmai, yra karuselė. Mes, netolimos praeities pilotai, kažkada vadinome jį „patefonu“ arba „separatoriumi“. Tie, kurie neišlaikė centrifugos bandymų, buvo nušalinti nuo skrydžių. Išmintingas skaitytojas, žinoma, žino, kad taip treniruojamas vestibiuliarinis aparatas. Ir nors aviacijos specialybės atstovai šį aparatą tikrai apmokė, skrydis aukštyn kojomis ar griuvimas visais įmanomais laisvės laipsniais malonumo niekam neteikia. Mes net nekalbame apie tai, kad nukreipti grimztančią raketą tiesiai į taikinį yra be galo beviltiška užduotis.

Siekiant išvengti bėdų, oro (ir beorio) transporto priemonėse yra įrengti apsaugos įrenginiai.

Laivas „Vostok“, išplukdęs pirmąjį žmogų už Žemės oro apvalkalo, turėjo visą kompleksą optinių-giroskopinių orientavimo sistemų. Giroskopas nustatė vienos iš ašių kryptį; Saulės ieškantys automatai pasuko laivą svorio centro atžvilgiu ir laikė tam tikra kryptimi. Pirmasis Jurijaus Gagarino skrydis buvo sėkmingas.

Kitaip buvo su automatine tarpplanetine stotimi „Venera-1“. Stotis palaikė ryšį su Žeme naudodama labai kryptingą anteną. Tokios antenos yra skirtingo skersmens sukimosi paraboloidai ir siunčia radijo bangas siauru pluoštu. Sudėtinga astroorientacijos sistema padėjo išlaikyti tikslią kryptį. Ir tada, maždaug įpusėjus skrydžiui, radijo ryšys su stotimi nutrūko. Kas nutiko?

Priežastį padėjo išsiaiškinti sena draugystė tarp sovietų astronomų ir jų kolegų iš anglų. Britai jau seniai padeda mums stebėti mūsų erdvėlaivius, naudodami unikalią Jodrell banko observatorijos įrangą. Taip nutiko ir šį kartą. Mums visiems pritrūko kantrybės ir vilčių vėl išgirsti „Venera 1“ balsą, britai vis dar atkakliai laukė. Ir tautinis bruožas neapleido. Tiesa, be angliškos kantrybės jie turėjo ir geriausią to meto radijo teleskopą pasaulyje. Faktas yra tas, kad anglų astronomai vėl užfiksavo mūsų stotį. Tačiau jie tai užfiksavo taip trumpai ir atsainiai, kad tapo aišku: sugedo orientavimosi sistema ir stotis sukasi į skirtingas puses.

Dangaus navigacijos priemonės tarpplanetiniams skrydžiams yra bene svarbiausias dalykas (kartu su trimis šimtais tūkstančių kitų ne mažiau svarbių dalių, kurios sudaro šiuolaikinės raketos užpildymą). Procento dalies nukrypimas nuo kurso net tarpplanetinį erdvėlaivį nutols nuo tikslo. Kaip jausis subšviesos greitį pasiekusio žvaigždėlaivio šturmanas? Ką, vėl Einšteinai? Ne, šį kartą naudosime specialiosios reliatyvumo teorijos išvadas, bet tai bus ta jos dalis, kurią anksčiau parengė Lorentzas. Čia kalbame apie Lorenco transformacijas, kurios sujungia stacionarios sistemos koordinates ir laiką (x, y, z ir t) su atitinkamais dydžiais skraidančiam žvaigždėlaivui (x′, y′, z′ ir t′). Jei nukreipiate x ašį išilgai laivo kurso, konversijos formulės bus tokios formos:

Dėl šių transformacijų stebėtojui, judančiam artimu šviesos greičiui, įprastos nejudančių žvaigždžių koordinatės pasikeis neatpažįstamai. Atrodo, kad prieš raketos lanką žvaigždės susilieja, susitelkia į krūvą išilgai laivo kurso, o už laivagalio, priešingai, jos išsiskirs toli viena nuo kitos.

Profesoriaus S. M. Rytovo skaičiavimais, 260 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu visas priekinis žvaigždėto dangaus pusrutulis pasislinks į priekį ir užpildys kūgį, kurio atsidarymo kampas yra tik 30 laipsnių. Ir kuo greitis arčiau šviesos greičio, tuo arčiau žvaigždės susigrūs priešais laivo priekį. Taigi, pasiekus 0,95 C greitį, priekinis pusrutulis susiglaus į kūgį, kurio atsidarymo kampas yra tik 18 laipsnių.

Tačiau to vis dar nepakanka. Žvaigždžių spinduliuotės spektrinė sudėtis pasikeis. Prisimenate Doplerio efektą ir mūsų eksperimentą su valtimi, plaukiančia prieš bangas? Taigi žvaigždės, esančios priekyje palei erdvėlaivio kursą, taps mėlynos, o už laivagalio – raudonos spalvos dėl tos pačios priežasties. Tokiu atveju padidės priekyje esančių šviestuvų ryškumas, o likusių už jų mažės.

Akimirką įsivaizduokite save šturmano pozicijoje. Tu papilkėsi, Dieve! Kalbant apie navigatorių, dizaineriui laikas pasikarti.

Jei ir dabar užsispyręs skaitytojas nėra sau padaręs tam tikrų išvadų, prie kurių autorius jį atsargiai vedė, tai pastarasis telieka plačiai ištiesti rankas. Jis, autorius, norėtų nuskristi į mirtį. Jis turi norą. Bet dėl ​​galimybių... Ne, paskutinį skyrių pradėjome plačiu pavadinimu: „Skrydis į žvaigždes...“ ir pridėjome elipsę. Atėjo laikas pašalinti taškus, parašyti žodį IMPOSSIBLE ir uždaryti kabutes.

O kaip su fantazija?..

Pirma, autorius turi su visa atsakomybe pareikšti, kad jam asmeniškai patinka mokslinė fantastika! Jis ne mažiau mėgsta nuotykių literatūrą ir net, man gėda, pripažinti, detektyvus. To garantija – ne tik jo paties pasakojimai, bet net ir ši knyga, kurią jis iš visų jėgų stengėsi kurti pagal detektyvų kanonus: „Tuoj paaiškės galutinė tiesa... Bet ne!.. Ir vėl įprastos hipotezės , įrodymų ieškojimas, klaidos ir judėjimas į priekį “

Autorius jau ne kartą teisinosi, kad jam toli nuo minties kvestionuoti pagrindinius principus ir esmines galimybes. Jis norėtų tik perspėti skaitytoją nuo pernelyg skuboto „inžinerinio“ požiūrio sprendžiant kai kurias „fotonines“ problemas, o kita vertus – nuo ​​perdėto įniršio šauktiniuose: „Tikiu! Tiesa, bet kaip su literatūra?

Taigi, dar prieš tūkstantį metų buvo pasakos apie ugnimi alsuojančius drakonus ir skraidančius vežimus. Ar manote, kad jie tikrai jais tikėjo? Vargu ar. Tačiau tai nepadarė pasakų mažiau įdomių. Prisiminkite: „Pasaka yra melas, bet joje yra užuomina, pamoka geriems bičiuliams“?

Šiuolaikinės technologijos ir atradimai kosmoso tyrinėjimus perkelia į visiškai naują lygį, tačiau tarpžvaigždinės kelionės vis dar yra svajonė. Bet ar tai taip nerealu ir nepasiekiama? Ką galime padaryti dabar ir ko galime tikėtis artimiausiu metu?

Studijuodami Keplerio teleskopo duomenis, astronomai atrado 54 potencialiai tinkamas gyventi egzoplanetas. Šie tolimi pasauliai yra gyvenamojoje zonoje, t.y. tam tikru atstumu nuo centrinės žvaigždės, todėl planetos paviršiuje vanduo gali būti skystas.

Tačiau atsakymą į pagrindinį klausimą, ar Visatoje esame vieni, sunku gauti – dėl milžiniško atstumo, skiriančio Saulės sistemą ir artimiausius mūsų kaimynus. Pavyzdžiui, „perspektyvi“ planeta Gliese 581g yra 20 šviesmečių atstumu – tai pakankamai arti pagal kosminius standartus, tačiau vis dar per toli antžeminiams instrumentams.

Egzoplanetų gausa 100 šviesmečių ar mažesniu spinduliu nuo Žemės ir didžiulis mokslinis ir net civilizacinis susidomėjimas, kurį jos atstovauja žmonijai, verčia mus iš naujo pažvelgti į iki šiol fantastišką tarpžvaigždinių kelionių idėją.

Skrydis pas kitas žvaigždes, žinoma, yra technologijos reikalas. Be to, yra keletas galimybių pasiekti tokį tolimą tikslą, o pasirinkimas vieno ar kito metodo naudai dar nebuvo priimtas.

Žmonija jau išsiuntė į kosmosą tarpžvaigždines transporto priemones: zondus Pioneer ir Voyager. Šiuo metu jie yra palikę Saulės sistemą, tačiau jų greitis neleidžia kalbėti apie kokį nors greitą tikslo pasiekimą. Taigi „Voyager 1“, judantis apie 17 km/s greičiu, net iki artimiausios žvaigždės Proxima Centauri (4,2 šviesmečio) skris neįtikėtinai ilgai – 17 tūkst.

Akivaizdu, kad su moderniais raketiniais varikliais toliau nei Saulės sistema nenueisime: 1 kg krovinio nugabenimui net į šalia esantį „Proxima Centauri“ reikia dešimčių tūkstančių tonų kuro. Tuo pačiu, didėjant laivo masei, didėja reikalingo kuro kiekis, o jam gabenti reikia papildomo kuro. Užburtas ratas, nutraukiantis cisternas su cheminiu kuru – milijardus tonų sveriančio kosminio laivo statyba atrodo visiškai neįtikėtinas reikalas. Paprasti skaičiavimai, naudojant Ciolkovskio formulę, rodo, kad norint pagreitinti chemiškai varomus erdvėlaivius iki maždaug 10% šviesos greičio, reikėtų daugiau degalų, nei yra žinomoje visatoje.

Branduolinės sintezės reakcija vienam masės vienetui pagamina vidutiniškai milijoną kartų daugiau energijos nei cheminio degimo procesai. Štai kodėl aštuntajame dešimtmetyje NASA atkreipė dėmesį į galimybę panaudoti termobranduolinius raketinius variklius. Nepilotuojamo erdvėlaivio „Daedalus“ projektas apėmė variklį, kuriame mažos termobranduolinio kuro granulės būtų tiekiamos į degimo kamerą ir uždegamos elektronų pluoštais. Termobranduolinės reakcijos produktai išskrenda iš variklio antgalio ir suteikia laivui pagreitį.

Erdvėlaivis „Daedalus“, palyginti su „Empire State Building“.

„Daedalus“ turėjo paimti 50 tūkstančių tonų 4 ir 2 mm skersmens kuro granulių. Granulės susideda iš šerdies, kurioje yra deuterio ir tričio, ir helio-3 apvalkalo. Pastarasis sudaro tik 10-15% kuro granulių masės, bet iš tikrųjų tai yra kuras. Mėnulyje gausu helio-3, o deuteris plačiai naudojamas branduolinėje pramonėje. Deuterio šerdis tarnauja kaip detonatorius, uždegantis sintezės reakciją, ir išprovokuoja galingą reakciją, kai išleidžiama reaktyvioji plazmos srovė, kurią valdo galingas magnetinis laukas. Pagrindinė „Daedalus“ variklio molibdeno degimo kamera turėjo sverti daugiau nei 218 tonų, antrosios pakopos kamera – 25 tonas. Magnetinės superlaidžios ritės taip pat atitinka didžiulį reaktorių: pirmasis sveria 124,7 tonos, o antrasis - 43,6 tonos Palyginimui, šaudyklos sausasis svoris nesiekia 100 tonų.

„Daedalus“ skrydis buvo planuojamas dviejų etapų: pirmosios pakopos variklis turėjo veikti daugiau nei 2 metus ir sudeginti 16 milijonų kuro granulių. Po pirmojo etapo atskyrimo antrosios pakopos variklis veikė beveik dvejus metus. Taigi per 3,81 metų nuolatinio pagreičio Dedalas būtų pasiekęs maksimalų 12,2% šviesos greičio greitį. Toks laivas per 50 metų įveiks atstumą iki Barnardo žvaigždės (5,96 šviesmečio) ir, skrisdamas per tolimą žvaigždžių sistemą, galės radijo ryšiu perduoti Žemei savo stebėjimų rezultatus. Taigi, visa misija truks apie 56 metus.

Nepaisant didelių sunkumų užtikrinant daugelio Daedalus sistemų patikimumą ir milžiniškas išlaidas, šis projektas gali būti įgyvendintas esant dabartiniam technologijų lygiui. Be to, 2009 m. entuziastų komanda atgaivino termobranduolinio laivo projekto darbus. Projektas Icarus šiuo metu apima 20 mokslinių temų apie tarpžvaigždinių erdvėlaivių sistemų ir medžiagų teorinį vystymą.

Taigi jau šiandien galimi nepilotuojami tarpžvaigždiniai skrydžiai iki 10 šviesmečių atstumu, kuriems prireiks apie 100 metų skrydžio plius laikas, per kurį radijo signalas nukeliaus atgal į Žemę. Šiame spindulyje telpa žvaigždžių sistemos Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 ir 248, CN Leo, WISE 1541-2250. Kaip matome, šalia Žemės yra pakankamai objektų, kuriuos būtų galima ištirti naudojant nepilotuojamas misijas. Bet ką daryti, jei robotai ras kažką tikrai neįprasto ir unikalaus, pavyzdžiui, sudėtingą biosferą? Ar ekspedicija, kurioje dalyvauja žmonės, galės nukeliauti į tolimas planetas?

Visą gyvenimą trunkantis skrydis

Jei šiandien galime pradėti statyti nepilotuojamą laivą, tai su pilotuojamu laivu situacija yra sudėtingesnė. Visų pirma, aktualus skrydžio laiko klausimas. Paimkime tą pačią Barnardo žvaigždę. Pilotuojamam skrydžiui kosmonautai turės ruoštis nuo mokyklos, nes net jei paleidimas iš Žemės įvyks per jų 20-metį, erdvėlaivis misijos tikslą pasieks iki 70 ar net 100 metų sukakties (atsižvelgiant į stabdymo poreikį, kuri nebūtina bepiločio skrydžio metu) . Įgulos parinkimas jauname amžiuje kupinas psichologinio nesuderinamumo ir tarpasmeninių konfliktų, o 100 metų amžius neteikia vilčių vaisingam darbui planetos paviršiuje ir grįžimui namo.

Tačiau ar yra prasmės grįžti? Daugybė NASA tyrimų veda prie nuviliančios išvados: ilgalaikis buvimas nulinės gravitacijos sąlygomis negrįžtamai sugadins astronautų sveikatą. Taigi, biologijos profesoriaus Roberto Fittso darbas su TKS astronautais rodo, kad net nepaisant energingų fizinių pratimų erdvėlaivyje, po trejų metų misijos į Marsą dideli raumenys, pavyzdžiui, blauzdos raumenys, susilpnės 50 proc. Panašiai mažėja ir kaulų mineralų tankis. Dėl to darbingumas ir išgyvenamumas ekstremaliose situacijose smarkiai sumažėja, o prisitaikymo prie įprastos gravitacijos laikotarpis bus mažiausiai metai. Dešimtmečius trunkantis skrydis be gravitacijos sukels abejonių dėl pačių astronautų gyvenimo. Galbūt žmogaus kūnas galės atsigauti, pavyzdžiui, stabdant palaipsniui didėjant gravitacijai. Tačiau mirties rizika vis dar per didelė ir reikalauja radikalaus sprendimo.

Stanfordo Toras yra didžiulis statinys su ištisais miestais besisukančio krašto viduje.

Deja, nesvarumo problemą tarpžvaigždiniame laive išspręsti nėra taip paprasta. Mūsų turima galimybė sukurti dirbtinę gravitaciją sukant gyvenamąjį modulį turi nemažai sunkumų. Norint sukurti žemišką gravitaciją, net 200 m skersmens ratą tektų sukti 3 apsisukimų per minutę greičiu. Taip sparčiai besisukant, Cariolis jėga sukurs visiškai nepakeliamus žmogaus vestibuliariniam aparatui krūvius, sukels pykinimą ir ūmius jūros ligos priepuolius. Vienintelis šios problemos sprendimas yra Stanfordo Toras, kurį Stanfordo universiteto mokslininkai sukūrė 1975 m. Tai didžiulis 1,8 km skersmens žiedas, kuriame galėtų gyventi 10 tūkstančių astronautų. Dėl savo dydžio jis suteikia 0,9-1,0 g gravitacijos jėgą ir gana patogų gyvenimą žmonėms. Tačiau net ir sukimosi greičiu, mažesniu nei vienas apsisukimas per minutę, žmonės vis tiek patirs nedidelį, bet pastebimą diskomfortą. Be to, jei bus pastatytas toks milžiniškas gyvenamasis skyrius, net ir nedideli toro svorio pasiskirstymo poslinkiai turės įtakos sukimosi greičiui ir sukels visos konstrukcijos vibracijas.

Radiacijos problema taip pat išlieka sudėtinga. Net šalia Žemės (TKS laive) astronautai išbūna ne ilgiau kaip šešis mėnesius dėl radiacijos poveikio. Tarpplanetinis erdvėlaivis turės būti aprūpintas stipria apsauga, tačiau klausimas dėl radiacijos poveikio žmogaus organizmui išlieka. Visų pirma, vėžio rizika, kurios vystymasis esant nulinei gravitacijai praktiškai nebuvo ištirtas. Šių metų pradžioje mokslininkas Krasimiras Ivanovas iš Vokietijos aviacijos ir kosmoso centro Kelne paskelbė įdomaus melanomos ląstelių (pavojingiausios odos vėžio formos) elgsenos be gravitacijos tyrimo rezultatus. Palyginti su vėžinėmis ląstelėmis, auginamomis normalios gravitacijos sąlygomis, ląstelės, augintos be gravitacijos 6 ir 24 valandas, turėjo mažiau metastazių. Atrodo, kad tai gera žinia, bet tik iš pirmo žvilgsnio. Faktas yra tai, kad toks „kosminis“ vėžys gali išlikti neaktyvus dešimtmečius ir netikėtai išplisti dideliu mastu, kai sutrinka imuninė sistema. Be to, tyrimas aiškiai parodo, kad vis dar mažai žinome apie žmogaus organizmo reakciją į ilgalaikį buvimą kosmose. Šiandien astronautai, sveiki, stiprūs žmonės, ten praleidžia per mažai laiko, kad galėtų perkelti savo patirtį į ilgą tarpžvaigždinį skrydį.

Bet kokiu atveju 10 tūkstančių žmonių talpinantis laivas – abejotina idėja. Norint sukurti patikimą ekosistemą tiek daug žmonių, reikia daugybės augalų, 60 tūkstančių vištų, 30 tūkstančių triušių ir galvijų bandos. Vien tai gali užtikrinti 2400 kalorijų per dieną dietą. Tačiau visi eksperimentai, skirti sukurti tokias uždaras ekosistemas, visada baigiasi nesėkme. Taigi didžiausio „Space Biosphere Ventures“ eksperimento „Biosphere-2“ metu buvo pastatytas 1,5 hektaro bendro ploto hermetiškų pastatų tinklas, kuriame yra 3 tūkstančiai augalų ir gyvūnų rūšių. Visa ekosistema turėjo tapti savarankiška maža "planeta", kurioje gyvens 8 žmonės. Eksperimentas truko 2 metus, tačiau jau po kelių savaičių prasidėjo rimtos problemos: mikroorganizmai ir vabzdžiai pradėjo nekontroliuojamai daugintis, vartodami per didelius kiekius deguonies ir augalų, taip pat paaiškėjo, kad be vėjo augalai tapo per trapūs; Dėl vietinės aplinkos nelaimės žmonės pradėjo kristi svoris, deguonies kiekis sumažėjo nuo 21% iki 15%, o mokslininkams teko pažeisti eksperimento sąlygas ir aprūpinti aštuonis „kosmonautus“ deguonimi ir maistu.

Taigi atrodo, kad sudėtingų ekosistemų kūrimas yra klaidingas ir pavojingas būdas aprūpinti tarpžvaigždinio erdvėlaivio įgulą deguonimi ir mityba. Norint išspręsti šią problemą, reikės specialiai sukurtų organizmų su modifikuotais genais, kurie galėtų maitintis šviesa, atliekomis ir paprastomis medžiagomis. Pavyzdžiui, dideliuose moderniuose valgomųjų dumblių chlorelos gamybos cechuose per dieną galima pagaminti iki 40 tonų suspensijos. Vienas visiškai autonominis kelias tonas sveriantis bioreaktorius per parą gali pagaminti iki 300 litrų chlorelės suspensijos, kurios pakanka kelių dešimčių žmonių įgulai išmaitinti. Genetiškai modifikuota chlorelė galėtų ne tik patenkinti įgulos mitybos poreikius, bet ir apdoroti atliekas, įskaitant anglies dioksidą. Šiandien genų inžinerijos mikrodumblių procesas tapo įprastas, yra daugybė pavyzdžių, sukurtų nuotekų valymui, biokuro gamybai ir kt.

sustingęs sapnas

Beveik visas minėtas pilotuojamo tarpžvaigždinio skrydžio problemas būtų galima išspręsti naudojant vieną labai perspektyvią technologiją – sustabdytą animaciją arba, kaip dar vadinama, kriostazę. Anabiozė – tai žmogaus gyvybės procesų sulėtėjimas bent kelis kartus. Jei įmanoma žmogų panirti į tokį dirbtinį letargiją, dėl kurios 10 kartų sulėtėja medžiagų apykaita, tai 100 metų skrydžio metu jis miegodamas pasens tik 10 metų. Taip lengviau sprendžiamos mitybos, aprūpinimo deguonimi, psichikos sutrikimų, organizmo sunaikinimo dėl nesvarumo padarinių problemas. Be to, skyrių su pakabinamomis animacinėmis kameromis nuo mikrometeoritų ir radiacijos apsaugoti lengviau nei didelę gyvenamąją zoną.

Deja, pristabdyti žmogaus gyvenimo procesus – be galo sunkus uždavinys. Tačiau gamtoje yra organizmų, kurie gali užmigti žiemos miegu ir pailginti savo gyvenimo trukmę šimtus kartų. Pavyzdžiui, mažasis driežas, vadinamas Sibiro salamandra, sunkiais laikais gali užmigti žiemos miegu ir išlikti gyvas dešimtmečius, net sušalęs į ledo luitą, kurio temperatūra – minus 35–40°C. Yra žinomi atvejai, kai salamandros apie 100 metų praleido žiemos miegu ir, lyg nieko nebūtų nutikę, atitirpdavo ir pabėgdavo nuo nustebusių tyrinėtojų. Be to, įprasta „nepertraukiamo“ driežo gyvenimo trukmė neviršija 13 metų. Nuostabus salamandro sugebėjimas paaiškinamas tuo, kad jos kepenys sintetina didelį kiekį glicerolio, beveik 40% kūno svorio, kuris apsaugo ląsteles nuo žemos temperatūros.

Pagrindinė kliūtis panardinti žmogų į kriostazę yra vanduo, kuris sudaro 70% mūsų kūno. Sušalęs jis virsta ledo kristalais, kurių tūris padidėja 10%, todėl ląstelės membrana plyšta. Be to, ląstelei šąlant, ląstelės viduje ištirpusios medžiagos migruoja į likusį vandenį, sutrikdydamos tarpląstelinius jonų mainų procesus, taip pat baltymų ir kitų tarpląstelinių struktūrų organizavimą. Apskritai, sunaikinus ląsteles užšalimo metu, žmogus negali grįžti į gyvenimą.

Tačiau yra daug žadantis būdas išspręsti šią problemą – klatrato hidratai. Jie buvo atrasti dar 1810 m., kai britų mokslininkas seras Humphry Davy į vandenį įvedė aukšto slėgio chloro ir tapo kietų struktūrų formavimosi liudininku. Tai buvo klatrato hidratai – viena iš vandens ledo formų, kurioje yra pašalinių dujų. Skirtingai nuo ledo kristalų, klatrato gardelės yra mažiau kietos, neturi aštrių briaunų, tačiau turi ertmes, kuriose gali „pasislėpti“ tarpląstelinės medžiagos. Klatrato suspenduotos animacijos technologija būtų paprasta: inertinių dujų, tokių kaip ksenonas ar argonas, temperatūra yra šiek tiek žemiau nulio, o ląstelių metabolizmas pradeda palaipsniui lėtėti, kol žmogus patenka į kriostazę. Deja, klatrato hidratams susidaryti reikalingas aukštas slėgis (apie 8 atmosferos) ir labai didelė vandenyje ištirpusių dujų koncentracija. Kaip sukurti tokias sąlygas gyvame organizme, vis dar nežinoma, nors šioje srityje buvo ir pasisekimų. Taigi, klatratai gali apsaugoti širdies raumens audinį nuo mitochondrijų sunaikinimo net kriogeninėje temperatūroje (žemesnėje nei 100 laipsnių Celsijaus), taip pat užkirsti kelią ląstelių membranų pažeidimams. Kol kas nekalbama apie eksperimentus su klatrate suspenduota animacija su žmonėmis, nes komercinė kriostazės technologijų paklausa yra nedidelė, o tyrimus šia tema daugiausia atlieka mažos įmonės, siūlančios mirusiųjų kūnų užšaldymo paslaugas.

Skrydis vandeniliu

1960 m. fizikas Robertas Bussardas pasiūlė originalią reaktyvinio termobranduolinio variklio koncepciją, kuri išsprendžia daugelį tarpžvaigždinių kelionių problemų. Idėja yra naudoti vandenilį ir tarpžvaigždines dulkes, esančias kosmose. Erdvėlaivis su tokiu varikliu pirmiausia įsibėgėja naudodamas savo kurą, o tada išskleidžia didžiulį, tūkstančių kilometrų skersmens magnetinio lauko piltuvą, kuris pagauna vandenilį iš kosmoso. Šis vandenilis naudojamas kaip neišsenkantis kuro šaltinis sintezės raketų varikliui.

Bussard variklio naudojimas žada didžiulius pranašumus. Visų pirma, dėl „laisvo“ kuro galima judėti pastoviu 1 g pagreičiu, vadinasi, išnyksta visos su nesvarumu susijusios problemos. Be to, variklis leidžia įsibėgėti iki milžiniško greičio – 50% šviesos greičio ir net daugiau. Teoriškai judėdamas 1 g pagreičiu laivas su Bussard varikliu 10 šviesmečių atstumą gali įveikti maždaug per 12 Žemės metų, o įgulai dėl reliatyvistinių efektų būtų praėję tik 5 metai laivo laiko.

Deja, norint sukurti laivą su Bussard varikliu, susiduriama su daugybe rimtų problemų, kurių neįmanoma išspręsti esant dabartiniam technologijų lygiui. Visų pirma, reikia sukurti milžinišką ir patikimą vandenilio spąstus, generuojančius milžiniško stiprumo magnetinius laukus. Kartu jis turi užtikrinti minimalius nuostolius ir efektyvų vandenilio transportavimą į termobranduolinį reaktorių. Pats Bussardo pasiūlytas termobranduolinės reakcijos, kai keturi vandenilio atomai paverčiami helio atomu, procesas kelia daug klausimų. Faktas yra tas, kad šią paprasčiausią reakciją sunku įgyvendinti vienkartiniame reaktoriuje, nes ji vyksta per lėtai ir iš esmės įmanoma tik žvaigždžių viduje.

Tačiau pažanga tiriant termobranduolinę sintezę suteikia vilčių, kad problemą galima išspręsti, pavyzdžiui, naudojant „egzotiškus“ izotopus ir antimedžiagą kaip reakcijos katalizatorių.

Kol kas Bussard variklio temos tyrimai slypi išskirtinai teorinėje plotmėje. Reikia atlikti realiomis technologijomis pagrįstus skaičiavimus. Visų pirma, reikia sukurti variklį, galintį pagaminti pakankamai energijos, kad galėtų maitinti magnetinę gaudyklę ir palaikyti termobranduolinę reakciją, gaminti antimedžiagą ir įveikti tarpžvaigždinės terpės pasipriešinimą, kuris sulėtins didžiulę elektromagnetinę „burę“.

Antimedžiaga gelbsti

Galbūt tai skamba keistai, tačiau šiandien žmonija yra arčiau antimedžiagos variklio sukūrimo, o ne intuityvaus ir iš pažiūros paprasto Bussard ramjetinio variklio.

„Hbar Technologies“ sukurtas zondas turės ploną anglies pluošto burę, padengtą uranu 238. Kai antivandenilis pataikys į burę, jis sunaikins ir sukurs reaktyvinę trauką.

Dėl vandenilio ir antivandenilio anihiliacijos susidaro galingas fotonų srautas, kurio ištekėjimo greitis pasiekia maksimalų raketiniam varikliui, t.y. šviesos greitis. Tai idealus indikatorius, leidžiantis pasiekti labai didelius erdvėlaivio su fotonų varikliu artimos šviesos greičius. Deja, naudoti antimedžiagą kaip raketų kurą yra labai sunku, nes anihiliacijos metu atsiranda galingos gama spinduliuotės pliūpsniai, kurie nužudys astronautus. Taip pat dar nėra technologijų, skirtų dideliam antimedžiagos kiekiui saugoti, o pats tonų antimedžiagos susikaupimo faktas net ir toli nuo Žemės erdvėje yra rimta grėsmė, nes net vieno kilogramo antimedžiagos sunaikinimas prilygsta branduoliniam 43 megatonų galios sprogimas (tokios jėgos sprogimas trečdalį gali paversti dykumos JAV teritorija). Antimedžiagos kaina yra dar vienas veiksnys, apsunkinantis fotonų varomus tarpžvaigždinius skrydžius. Šiuolaikinės antimedžiagos gamybos technologijos leidžia pagaminti vieną gramą antivandenilio už dešimtis trilijonų dolerių.

Tačiau dideli antimedžiagos tyrimų projektai duoda vaisių. Šiuo metu yra sukurtos specialios pozitronų saugyklos, „magnetiniai buteliai“, tai skystu heliu aušinami konteineriai su sienelėmis iš magnetinių laukų. Šių metų birželį CERN mokslininkams pavyko išsaugoti antivandenilio atomus 2000 sekundžių. Kalifornijos universitete (JAV) statoma didžiausia pasaulyje antimedžiagų saugykla, kuri galės sukaupti daugiau nei trilijoną pozitronų. Vienas iš UC mokslininkų tikslų – sukurti nešiojamus antimedžiagos bakus, kurie galėtų būti naudojami moksliniams tikslams toli nuo didelių greitintuvų. Projektą remia Pentagonas, kuris domisi antimedžiagos pritaikymu kariniams tikslams, todėl vargu ar trūks finansavimo didžiausiam pasaulyje magnetinių butelių rinkiniui.

Šiuolaikiniai greitintuvai po kelių šimtų metų galės pagaminti vieną gramą antivandenilio. Tai labai ilgas laikas, todėl vienintelė išeitis – sukurti naują antimedžiagos gamybos technologiją arba suvienyti visų mūsų planetos šalių pastangas. Tačiau net ir šiuo atveju, naudojant šiuolaikines technologijas, neįmanoma net svajoti, kad tarpžvaigždiniam pilotuojamam skrydžiui būtų pagaminta dešimtys tonų antimedžiagos.

Tačiau viskas nėra taip liūdna. NASA specialistai sukūrė keletą erdvėlaivių, galinčių patekti į gilųjį kosmosą su vienu mikrogramu antimedžiagos, dizainus. NASA mano, kad patobulinta įranga leis gaminti antiprotonus, kurių gramas kainuoja maždaug 5 mlrd.

Amerikiečių kompanija „Hbar Technologies“, padedama NASA, kuria nepilotuojamų zondų, varomų antivandenilio varikliu, koncepciją. Pirmasis šio projekto tikslas – sukurti nepilotuojamą erdvėlaivį, kuris greičiau nei per 10 metų galėtų nuskristi į Kuiperio juostą Saulės sistemos pakraštyje. Šiandien į tokius tolimus taškus neįmanoma nuskristi per 5–7 metus, NASA zondas „New Horizons“ praskris per Kuiperio juostą po 15 metų.

Zondas, skriejantis 250 AU atstumą. po 10 metų jis bus labai mažas, jo naudingoji apkrova tik 10 mg, bet reikės ir šiek tiek antivandenilio – 30 mg. Tevatron tokį kiekį pagamintų per kelis dešimtmečius, o mokslininkai galėtų išbandyti naują variklio koncepciją realioje kosminėje misijoje.

Preliminarūs skaičiavimai taip pat rodo, kad nedidelis zondas gali būti išsiųstas į Alpha Centauri panašiu būdu. Vienu gramu antivandenilio jis pasieks tolimą žvaigždę per 40 metų.

Gali atrodyti, kad visa tai, kas išdėstyta aukščiau, yra fantazija ir neturi nieko bendra su artimiausia ateitimi. Laimei, taip nėra. Kol visuomenės dėmesys sutelktas į pasaulines krizes, popžvaigždžių nesėkmes ir kitas aktualijas, epochinės iniciatyvos lieka šešėlyje. NASA kosmoso agentūra pradėjo ambicingą „100 Year Starship“ projektą, kuris apima laipsnišką ir daugiametį mokslinio ir technologinio pagrindo tarpplanetiniams ir tarpžvaigždiniams skrydžiams sukūrimą. Ši programa neturi analogų žmonijos istorijoje ir turėtų pritraukti mokslininkus, inžinierius ir kitų profesijų entuziastus iš viso pasaulio. 2011 m. rugsėjo 30–spalio 2 dienomis Orlande, Floridoje, vyks simpoziumas, kuriame bus aptariamos įvairios skrydžio į kosmosą technologijos. Remdamiesi tokių įvykių rezultatais, NASA specialistai parengs verslo planą, padėsiantį tam tikroms pramonės šakoms ir įmonėms, kurios kuria technologijas, kurių šiuo metu trūksta, bet kurios būtinos būsimoms tarpžvaigždinėms kelionėms. Jei NASA ambicinga programa bus sėkminga, per 100 metų žmonija galės sukurti tarpžvaigždinį erdvėlaivį, o Saulės sistemoje judėsime taip pat lengvai, kaip šiandien skrendame iš žemyno į žemyną.

Tarkime, kad Žemė baigiasi. Saulė tuoj sprogs, o prie planetos artėja Teksaso dydžio asteroidas. Dideliuose miestuose gyvena zombiai, o kaimo vietovėse ūkininkai intensyviai sodina kukurūzus, nes miršta kiti augalai. Mums reikia skubiai palikti planetą, tačiau problema ta, kad Saturno regione nebuvo aptikta kirmgraužų, o iš toli, toli esančios galaktikos nebuvo atgabenti superluminaliniai varikliai. Artimiausia žvaigždė nutolusi daugiau nei už keturių šviesmečių. Ar žmonijai pavyks tai pasiekti šiuolaikinėmis technologijomis? Atsakymas nėra toks akivaizdus.

Vargu ar kas nors ginčytųsi, kad pasaulinė ekologinė nelaimė, kuri keltų grėsmę visai gyvybei Žemėje, gali įvykti tik filmuose. Mūsų planetoje ne kartą įvyko masiniai išnykimai, kurių metu mirė iki 90% egzistuojančių rūšių. Žemė patyrė pasaulinio apledėjimo periodus, susidūrė su asteroidais ir išgyveno vulkaninės veiklos proveržius.

Žinoma, net baisiausių nelaimių metu gyvenimas visiškai neišnyko. Tačiau to negalima pasakyti apie tuo metu dominuojančias rūšis, kurios išmirė, užleisdamos vietą kitoms. Kas dabar yra dominuojanti rūšis? Būtent.

Tikėtina, kad galimybė palikti namus ir nukeliauti į žvaigždes ieškant kažko naujo, kada nors gali išgelbėti žmoniją. Tačiau vargu ar turėtume tikėtis, kad kokie nors kosminiai geradariai atvers mums kelią į žvaigždes. Verta paskaičiuoti, kokios mūsų teorinės galimybės patiems pasiekti žvaigždes.

Kosminė Arka

Pirmiausia į galvą ateina tradiciniai cheminiai traukos varikliai. Šiuo metu keturios žemiškos transporto priemonės (visos jos buvo paleistos aštuntajame dešimtmetyje) sugebėjo išvystyti trečią pabėgimo greitį, pakankamą visam laikui palikti Saulės sistemą.

Greičiausias iš jų, „Voyager 1“, per 37 metus nuo paleidimo nutolęs nuo Žemės iki 130 AU. (astronominiai vienetai, tai yra 130 atstumų nuo Žemės iki Saulės). Kiekvienais metais prietaisas nukeliauja apie 3,5 AU. Atstumas iki Alpha Centauri yra 4,36 šviesmečio arba 275 725 AU. Tokiu greičiu prietaisas užtruks beveik 79 tūkstančius metų, kad pasiektų kaimyninę žvaigždę. Švelniai tariant, laukti teks ilgai.

Žemės nuotrauka (virš rodyklės) iš 6 milijardų kilometrų atstumo, padaryta Voyager 1. Šį atstumą erdvėlaivis įveikė per 13 metų.

Galite rasti būdą skristi greičiau arba tiesiog atsistatydinti ir skristi kelis tūkstančius metų. Tada galutinį tašką pasieks tik tolimi į kelionę išvykusiųjų palikuonys. Būtent tokia yra vadinamojo kartos laivo idėja - kosminė arka, kuri yra uždara ekosistema, skirta ilgai kelionei.

Mokslinėje fantastikoje yra daug įvairių istorijų apie kartos laivus. Apie juos rašė Harry Garrisonas ("Pagauta visata"), Cliffordas Simakas ("Karta, pasiekusi tikslą"), Brianas Aldissas ("Nesustojantis") ir tarp modernesnių rašytojų Bernardas Werberis ("Žvaigždžių drugelis"). Gana dažnai tolimi pirmųjų gyventojų palikuonys visiškai pamiršta, iš kur skrido ir koks buvo jų kelionės tikslas. Arba net pradeda manyti, kad visas egzistuojantis pasaulis yra paverstas laivu, kaip, pavyzdžiui, pasakojama Roberto Heinleino romane „Visatos pomovai“. Dar vienas įdomus siužetas parodytas trečiojo klasikinio „Star Trek“ sezono aštuntajame epizode, kuriame „Enterprise“ įgula bando užkirsti kelią susidūrimui tarp kartos laivo, kurio gyventojai pamiršo apie savo misiją, ir apgyvendintos planetos, į kurią jis atvyko. buvo link.

Kartos laivo privalumas yra tas, kad šiam variantui nereikės iš esmės naujų variklių. Tačiau reikės sukurti savaime išsilaikančią ekosistemą, kuri be išorinių atsargų galėtų išgyventi daugelį tūkstančių metų. Ir nepamirškite, kad žmonės gali tiesiog nužudyti vienas kitą.

Dešimtojo dešimtmečio pradžioje po uždaru kupolu atliktas eksperimentas „Biosfera 2“ parodė daugybę pavojų, kurie gali laukti žmonių tokių kelionių metu. Tai ir greitas komandos padalijimas į kelias viena kitai priešiškas grupes, nekontroliuojamas kenkėjų dauginimasis, dėl kurio ore trūko deguonies. Net paprastas vėjas, kaip paaiškėja, vaidina lemiamą vaidmenį – be reguliaraus siūbavimo medžiai tampa trapūs ir lūžta.

Technologijos, panardinančios žmones į ilgalaikę sustabdytą animaciją, padės išspręsti daugelį ilgalaikio skrydžio problemų. Tada nebaisu nei konfliktai, nei nuobodulys, reikės minimalios gyvybės palaikymo sistemos. Svarbiausia – suteikti jam energijos ilgam. Pavyzdžiui, naudojant branduolinį reaktorių.

Su generavimo laivo tema susijęs labai įdomus paradoksas, vadinamas Wait Calculation, aprašytas mokslininko Andrew Kennedy. Remiantis šiuo paradoksu, kurį laiką po pirmosios kartos laivo išplaukimo Žemėje gali būti atrasti nauji, greitesni kelionės būdai, leidžiantys vėlesniems laivams aplenkti pradinius naujakurius. Taigi gali būti, kad atvykimo metu kelionės tikslas jau bus perpildytas tolimų vėliau išvykusių kolonizatorių palikuonių.

Instaliacijos sustabdytai animacijai filme „Svetimas“.

Jodinėjimas branduoline bomba

Tarkime, nesame patenkinti, kad mūsų palikuonių palikuonys pasieks žvaigždes, o mes patys norime atskleisti savo veidą kažkieno saulės spinduliams. Šiuo atveju negalima išsiversti be erdvėlaivio, galinčio įsibėgėti iki tokio greičio, kuris jį nugabentų į kaimyninę žvaigždę greičiau nei per vieną žmogaus gyvenimą. Ir čia padės sena gera atominė bomba.

Tokio laivo idėja kilo šeštojo dešimtmečio pabaigoje. Erdvėlaivis buvo skirtas skrydžiams Saulės sistemoje, tačiau jis taip pat galėjo būti naudojamas tarpžvaigždinėms kelionėms. Jo veikimo principas toks: už laivagalio sumontuota galinga šarvuota plokštė. Iš erdvėlaivio skrydžiui priešinga kryptimi tolygiai išmetami mažos galios branduoliniai užtaisai, kurie detonuojami nedideliu atstumu (iki 100 metrų).

Užtaisai sukurti taip, kad didžioji dalis sprogimo produktų būtų nukreipta į erdvėlaivio uodegą. Atspindinti plokštė priima impulsą ir per amortizatorių sistemą perduoda jį laivui (be jos perkrovos bus žalingos įgulai). Atspindinčiąją plokštę nuo pažeidimo šviesos blyksnis, gama spinduliuotės srautai ir aukštos temperatūros plazma apsaugo grafito tepalo danga, kuri po kiekvieno detonavimo dar kartą apipurškiama.

NERVA projektas yra branduolinio raketinio variklio pavyzdys.

Iš pirmo žvilgsnio tokia schema atrodo beprotiška, tačiau ji yra gana perspektyvi. Per vieną iš branduolinių bandymų Enewetako atole 9 metrų atstumu nuo sprogimo centro buvo pastatyti grafitu dengti plieniniai rutuliai. Po bandymų jie buvo rasti nepažeisti, o tai įrodo laivo apsaugos nuo grafito efektyvumą. Tačiau 1963 m. pasirašyta Branduolinių ginklų bandymų atmosferoje, kosmose ir po vandeniu uždraudimo sutartis nutraukė šią idėją.

Arthuras C. Clarke'as norėjo „Discovery One“ erdvėlaivį iš filmo „2001: Kosminė odisėja“ aprūpinti kažkokiu branduolinio sprogimo varikliu. Tačiau Stanley Kubrickas paprašė jo atsisakyti šios idėjos, baimindamasis, kad žiūrovai tai nelaikys jo filmo „Daktaras Strangelove“ arba „Kaip aš nustojau bijoti ir mylėjau atominę bombą“ parodija.

Kokį greitį galima pasiekti naudojant branduolinių sprogimų seriją? Daugiausia informacijos yra apie Oriono sprogimo projektą, kuris buvo sukurtas šeštojo dešimtmečio pabaigoje JAV, dalyvaujant mokslininkams Theodore Taylor ir Freeman Dyson. 400 000 tonų sveriantį laivą planuota įsibėgėti iki 3,3% šviesos greičio – tuomet skrydis į Alpha Centauri sistemą truktų 133 metus. Tačiau, dabartiniais skaičiavimais, panašiu būdu galima pagreitinti laivą iki 10% šviesos greičio. Tokiu atveju skrydis truks maždaug 45 metus, o tai leis įgulai išgyventi, kol atvyks į paskirties vietą.

Žinoma, tokio laivo statyba yra labai brangus reikalas. „Dyson“ apskaičiavo, kad „Orion“ pastatymas šiandien kainuotų maždaug 3 trilijonus dolerių. Bet jei sužinosime, kad mūsų planeta susiduria su pasauline katastrofa, tikėtina, kad laivas su branduoliniu impulsiniu varikliu bus paskutinė žmonijos galimybė išgyventi.

Dujų milžinas

Tolesnis „Orion“ idėjų vystymas buvo nepilotuojamo erdvėlaivio „Daedalus“ projektas, kurį aštuntajame dešimtmetyje sukūrė Britų tarpplanetinės draugijos mokslininkų grupė. Tyrėjai užsimojo sukurti nepilotuojamą erdvėlaivį, galintį per žmogaus gyvenimą pasiekti vieną artimiausių žvaigždžių, atlikti mokslinius tyrimus ir perduoti gautą informaciją į Žemę. Pagrindinė tyrimo sąlyga buvo esamų arba numatomų technologijų panaudojimas projekte.

Skrydžio taikinys buvo Barnardo žvaigždė, esanti 5,91 šviesmečio atstumu nuo mūsų – 1970-aisiais buvo manoma, kad aplink šią žvaigždę sukasi kelios planetos. Dabar žinome, kad šioje sistemoje nėra planetų. „Daedalus“ kūrėjai siekė sukurti variklį, kuris galėtų pristatyti laivą į paskirties vietą ne ilgiau kaip per 50 metų. Dėl to jie sugalvojo dviejų pakopų aparatą.

Reikiamą pagreitį suteikė mažos galios branduolinių sprogimų serija, įvykusi specialioje varomojoje sistemoje. Kaip kuras buvo naudojamos mikroskopinės deuterio ir helio-3 mišinio granulės, apšvitintos didelės energijos elektronų srautu. Pagal projektą variklyje turėjo įvykti iki 250 sprogimų per sekundę. Antgalis buvo galingas magnetinis laukas, sukurtas laivo elektrinių.

Pagal planą pirmasis laivo etapas veikė dvejus metus, pagreitindamas laivą iki 7% šviesos greičio. Tada „Daedalus“ atmetė išnaudotą varymo sistemą, pašalindamas didžiąją dalį masės, ir paleido antrąją pakopą, kuri leido jam įsibėgėti iki galutinio 12,2% šviesos greičio. Tai leistų pasiekti Barnardo žvaigždę praėjus 49 metams po paleidimo. Signalui perduoti į Žemę būtų prireikę dar 6 metų.

Bendra „Daedalus“ masė buvo 54 tūkst. tonų, iš kurių 50 tūkst. buvo termobranduolinis kuras. Tačiau tariamas helis-3 Žemėje yra itin retas – tačiau jo gausu dujų milžinų atmosferoje. Todėl projekto autoriai ketino Jupiteryje išgauti helio-3, naudodami automatizuotą jo atmosferoje „plūduriuojančią“ gamyklą; visas kasybos procesas truktų maždaug 20 metų. Toje pačioje Jupiterio orbitoje buvo planuojama atlikti galutinį laivo surinkimą, kuris vėliau būtų paleistas į kitą žvaigždžių sistemą.

Sunkiausias elementas visoje Daedalus koncepcijoje buvo helio-3 išgavimas iš Jupiterio atmosferos. Tam reikėjo nuskristi į Jupiterį (kas irgi nėra taip paprasta ir greita), įkurti bazę viename iš palydovų, pastatyti gamyklą, kurą sandėliuoti kur nors... Ir jau nekalbant apie galingą radiaciją diržai aplink dujų milžiną, o tai papildomai apsunkintų technologijų ir inžinierių gyvenimą.

Kita problema buvo ta, kad Dedalas neturėjo galimybės sulėtinti greičio ir patekti į orbitą aplink Barnardo žvaigždę. Laivas ir jo paleisti zondai tiesiog praskris pro žvaigždę pro šalį ir per kelias dienas apimtų visą sistemą.

Dabar tarptautinė dvidešimties mokslininkų ir inžinierių grupė, veikianti Britanijos tarpplanetinės draugijos globoje, dirba su erdvėlaivio Icarus projektu. „Ikaras“ yra savotiškas „Daedalus“ „perdarymas“, atsižvelgiant į žinias ir technologijas, sukauptas per pastaruosius 30 metų. Viena pagrindinių darbo sričių – kitų kuro rūšių, kurias būtų galima gaminti Žemėje, paieška.

Šviesos greičiu

Ar įmanoma erdvėlaivį pagreitinti iki šviesos greičio? Šią problemą galima išspręsti keliais būdais. Perspektyviausias iš jų – antimedžiagų naikinimo variklis. Jo veikimo principas yra toks: antimedžiaga tiekiama į darbo kamerą, kurioje ji liečiasi su įprasta medžiaga, sukeldama kontroliuojamą sprogimą. Sprogimo metu susidarę jonai išmetami per variklio antgalį, sukuriant trauką. Iš visų galimų variklių sunaikinimas teoriškai leidžia pasiekti didžiausią greitį. Medžiagos ir antimedžiagos sąveika išskiria kolosalų kiekį energijos, o šio proceso metu susidarančių dalelių nutekėjimo greitis yra artimas šviesos greičiui.

Bet čia iškyla kuro išgavimo klausimas. Pati antimedžiaga jau seniai nebėra mokslinė fantastika – pirmą kartą mokslininkams pavyko susintetinti antivandenilį dar 1995 m. Tačiau neįmanoma jo gauti pakankamais kiekiais. Šiuo metu antimedžiaga gali būti gaminama tik naudojant dalelių greitintuvus. Be to, jų sukuriamos medžiagos kiekis matuojamas mažytėmis gramų dalimis, o jos kaina yra astronominė. Už vieną milijardą gramo antimedžiagos mokslininkai iš Europos branduolinių tyrimų centro (to paties, kur jie sukūrė Didįjį hadronų greitintuvą) turėjo išleisti kelis šimtus milijonų Šveicarijos frankų. Kita vertus, produkcijos savikaina palaipsniui mažės ir ateityje gali pasiekti daug priimtinesnes vertes.

Be to, turėsime sugalvoti antimedžiagos saugojimo būdą – juk susilietus su įprasta medžiaga ji akimirksniu sunaikinama. Vienas iš sprendimų – antimedžiagą atvėsinti iki itin žemos temperatūros ir naudoti magnetines gaudykles, kad jos nesiliestų su rezervuaro sienelėmis. Dabartinis antimedžiagos rekordo saugojimo laikas yra 1000 sekundžių. Žinoma, ne metus, bet atsižvelgiant į tai, kad pirmą kartą antimedžiaga buvo laikoma tik 172 milisekundes, pažanga yra.

Ir dar greičiau

Daugybė mokslinės fantastikos filmų mus išmokė, kad į kitas žvaigždžių sistemas galima patekti daug greičiau nei per kelerius metus. Užtenka įjungti metmenų variklį arba hipererdvinį diską, patogiai įsitaisyti kėdėje – ir po kelių minučių atsidursite kitoje galaktikos pusėje. Reliatyvumo teorija draudžia keliauti greičiais, viršijančiais šviesos greitį, tačiau tuo pačiu palieka spragų apeiti šiuos apribojimus. Jei jie galėtų suplėšyti arba ištempti erdvėlaikį, jie galėtų keliauti greičiau už šviesą nepažeisdami jokių įstatymų.

Tarpas erdvėje geriau žinomas kaip kirmgrauža arba kirmgrauža. Fiziškai tai yra tunelis, jungiantis du atokius erdvės laiko regionus. Kodėl nepasinaudojus tokiu tuneliu keliauti į gilųjį kosmosą? Faktas yra tas, kad norint sukurti tokią kirmgraužą, reikia, kad skirtinguose visatos taškuose būtų du singuliarumai (tai yra už juodųjų skylių įvykių horizonto – iš tikrųjų gravitacija gryniausia forma), kurios gali suskaidyti. erdvėlaikis, sukuriantis tunelį, leidžiantį keliautojams „pereiti per hipererdvę“.

Be to, norint išlaikyti tokį tunelį stabilios būklės, jis turi būti užpildytas egzotiška medžiaga, turinčia neigiamą energiją, o tokios materijos egzistavimas dar neįrodytas. Bet kokiu atveju, tik supercivilizacija gali sukurti kirmgraužą, kuri bus daug tūkstančių metų lenkia dabartinę besivystančią ir kurios technologijos, mūsų požiūriu, atrodys kaip magija.

Antrasis, labiau prieinamas variantas yra "ištempti" erdvę. 1994 m. Meksikos teorinis fizikas Miguelis Alcubierre'as pasiūlė, kad būtų galima pakeisti jo geometriją sukuriant bangą, kuri suspaudžia erdvę priešais laivą ir išplečia ją už nugaros. Taigi žvaigždėlaivis atsidurs lenktos erdvės „burbule“, kuris pats judės greičiau nei šviesa, todėl laivas nepažeis pagrindinių fizinių principų. Pasak paties Alcubierre'o, .

Tiesa, pats mokslininkas manė, kad tokios technologijos praktiškai įgyvendinti būtų neįmanoma, nes tam prireiktų milžiniškos masės energijos. Pirmieji skaičiavimai davė vertes, viršijančias visos esamos Visatos masę, vėlesni patobulinimai sumažino ją iki „tik“ Jupiterio.

Tačiau 2011 m. NASA Eagleworks tyrimų grupei vadovaujantis Haroldas White'as atliko skaičiavimus, kurie parodė, kad jei pakeisite kai kuriuos parametrus, Alkubjero burbului sukurti gali prireikti daug mažiau energijos, nei manyta anksčiau, ir nebereikės perdirbti visą planetą. Dabar White'o grupė tiria „Alkubjero burbulo“ galimybę praktiškai.

Jei eksperimentai duos rezultatų, tai bus pirmas mažas žingsnis kuriant variklį, leidžiantį keliauti 10 kartų greičiau nei šviesos greitis. Žinoma, erdvėlaivis, naudojantis Alcubierre burbulą, keliaus po daugelio dešimčių ar net šimtų metų. Tačiau pati perspektyva, kad tai iš tikrųjų įmanoma, jau gniaužia kvapą.

Valkirijos skrydis

Beveik visi siūlomi žvaigždėlaivių projektai turi vieną reikšmingą trūkumą: jie sveria dešimtis tūkstančių tonų, o jiems sukurti reikia daugybės paleidimo ir surinkimo operacijų orbitoje, o tai padidina statybos sąnaudas. Bet jei žmonija vis dėlto išmoks gauti daug antimedžiagos, ji turės alternatyvą šioms didelių gabaritų struktūroms.

Dešimtajame dešimtmetyje rašytojas Charlesas Pelegrino ir fizikas Jimas Powellas pasiūlė žvaigždėlaivio dizainą, žinomą kaip Valkyrie. Jį galima apibūdinti kaip kažką panašaus į kosminį traktorių. Laivas yra dviejų naikinimo variklių, sujungtų vienas su kitu itin stipriu 20 kilometrų ilgio kabeliu, krūva. Ryšulio centre yra keli skyriai įgulai. Laivas naudoja pirmąjį variklį, kad pasiektų beveik šviesos greitį, o antrasis jį sumažina, kai įplaukia į orbitą aplink žvaigždę. Dėl to, kad vietoj standžios konstrukcijos naudojamas kabelis, laivo masė yra tik 2100 tonų (palyginimui, TKS sveria 400 tonų), iš kurių 2000 tonų yra varikliai. Teoriškai toks laivas gali įsibėgėti iki 92% šviesos greičio.

Modifikuota šio laivo versija, pavadinta „Venture Star“, rodoma filme „Avataras“ (2011), kurio vienas iš mokslinių konsultantų buvo Charlesas Pelegrino. „Venture Star“ leidžiasi į kelionę, varoma lazerių ir 16 kilometrų saulės burės, prieš sustoja „Alpha Centauri“, naudodama antimedžiagos variklį. Grįžtant seka keičiasi. Laivas gali įsibėgėti iki 70% šviesos greičio ir pasiekti Alpha Centauri per mažiau nei 7 metus.

Nėra kuro

Tiek esami, tiek būsimi raketų varikliai turi vieną problemą – paleidimo metu kuras visada sudaro didžiąją jų masės dalį. Tačiau yra žvaigždžių projektų, kuriems kuro su savimi imti visai nereikės.

1960 m. fizikas Robertas Bussardas pasiūlė variklio koncepciją, kuri naudotų tarpžvaigždinėje erdvėje esantį vandenilį kaip branduolių sintezės variklio kurą. Deja, nepaisant idėjos patrauklumo (vandenilis yra gausiausias elementas Visatoje), ji turi daugybę teorinių problemų, pradedant vandenilio surinkimo metodu ir baigiant apskaičiuotu didžiausiu greičiu, kuris greičiausiai neviršys 12% šviesos. greitis. Tai reiškia, kad skristi iki Alfa Kentauro sistemos prireiks mažiausiai pusės amžiaus.

Kita įdomi koncepcija yra saulės burės naudojimas. Jei Žemės orbitoje arba Mėnulyje būtų pastatytas didžiulis itin galingas lazeris, jo energija galėtų būti panaudota milžiniška saulės bure įrengtam žvaigždėlaiviui pagreitinti iki gana didelio greičio. Tiesa, inžinierių skaičiavimais, norint, kad 78 500 tonų sveriantis pilotuojamas laivas būtų perpus mažesnis už šviesos greitį, reikės 1000 kilometrų skersmens saulės burės.

Dar viena akivaizdi problema, susijusi su žvaigždėlaiviu su saulės bure, yra tai, kad jį reikia kažkaip pristabdyti. Vienas iš jo sprendimų – artėjant prie taikinio už žvaigždėlaivio paleisti antrąją, mažesnę burę. Pagrindinis atsijungs nuo laivo ir tęs savarankišką kelionę.

***

Tarpžvaigždinės kelionės yra labai sudėtingas ir brangus užsiėmimas. Sukurti laivą, galintį įveikti kosminį atstumą per gana trumpą laiką – viena ambicingiausių žmonijos užduočių ateityje. Žinoma, tam prireiks kelių valstybių, jei ne visos planetos, pastangų. Dabar tai atrodo kaip utopija – vyriausybės turi per daug dalykų, dėl kurių reikia nerimauti, ir per daug būdų leisti pinigus. Skrydis į Marsą yra milijonus kartų paprastesnis nei skrydis į Alpha Centauri – ir vis dėlto vargu ar kas išdrįs įvardinti metus, kada jis įvyks.

Darbą šia kryptimi gali atgaivinti arba pasaulinis pavojus, gresiantis visai planetai, arba vienos planetinės civilizacijos, kuri gali įveikti vidinius kivirčus ir nori palikti savo lopšį, sukūrimas. Laikas tam dar neatėjo – bet tai nereiškia, kad jis niekada neateis.

Ar tarpžvaigždinės kelionės iš sapno gali virsti realia galimybe?

Viso pasaulio mokslininkai teigia, kad žmonija vis labiau juda kosmoso tyrinėjimų srityje, atsiranda vis naujų atradimų ir technologijų. Tačiau apie tarpžvaigždinius skrydžius žmonės vis dar gali tik pasvajoti. Bet ar ši svajonė tokia nepasiekiama ir nereali? Ką žmonija turi šiandien ir kokios yra ateities perspektyvos?

Specialistų teigimu, jei pažanga nesustings, tai per vieną ar du šimtmečius žmonija galės įgyvendinti savo svajonę. Itin galingas Keplerio teleskopas vienu metu leido astronomams atrasti 54 egzoplanetas, kuriose galimas gyvybės vystymasis, o šiandien jau patvirtintas 1028 tokių planetų egzistavimas. Šios planetos, skriejančios aplink žvaigždę už Saulės sistemos ribų, yra taip toli nuo centrinės žvaigždės, kad jų paviršiuje galima išlaikyti skystą vandenį.

Tačiau gauti atsakymą į pagrindinį klausimą – ar visa žmonija yra viena – vis dar neįmanoma dėl milžiniškų atstumų iki artimiausių planetų sistemų. Daugybė egzoplanetų, esančių šimto ar mažesniu šviesmečių atstumu nuo Žemės, taip pat didžiulis mokslinis susidomėjimas, kurį jos sukelia, verčia mus pažvelgti į tarpžvaigždinių kelionių idėją visiškai kitaip.

Skrydis į kitas planetas priklausys nuo naujų technologijų plėtros ir metodo, būtino tokiam tolimam tikslui pasiekti, pasirinkimo. Tuo tarpu pasirinkimas dar nebuvo priimtas.

Kad žemiečiai galėtų įveikti neįtikėtinai didelius kosminius atstumus ir per gana trumpą laiką, inžinieriai ir kosmologai turės sukurti iš esmės naują variklį. Dar per anksti kalbėti apie tarpgalaktinius skrydžius, tačiau žmonija galėtų ištirti Paukščių Taką, galaktiką, kurioje yra Žemė ir Saulės sistema.

Paukščių Tako galaktikoje yra apie 200–400 milijardų žvaigždžių, aplink kurias savo orbitomis juda planetos. Arčiausiai Saulės esanti žvaigždė yra Kentauro Alfa. Atstumas iki jo yra maždaug keturiasdešimt trilijonų kilometrų arba 4,3 šviesmečio.

Raketa su įprastu varikliu iki jos turės skristi apie 40 tūkstančių metų! Naudojant Ciolkovskio formulę nesunku apskaičiuoti, kad norint pagreitinti erdvėlaivį su reaktyviniu varikliu raketų kuru iki 10% šviesos greičio, reikia daugiau degalų, nei yra visoje Žemėje. Todėl kalbėti apie kosminę misiją su šiuolaikinėmis technologijomis yra visiškas absurdas.

Mokslininkų teigimu, būsimi erdvėlaiviai galės skristi naudodami termobranduolinį raketinį variklį. Termobranduolinės sintezės reakcija vienam masės vienetui gali pagaminti vidutiniškai beveik milijoną kartų daugiau energijos nei cheminio degimo procesas.

Štai kodėl 1970 metais grupė inžinierių kartu su mokslininkais parengė milžiniško tarpžvaigždinio laivo su termobranduoline varymo sistema projektą. Nepilotuojamas erdvėlaivis „Daedalus“ turėjo būti aprūpintas impulsiniu termobranduoliniu varikliu. Mažos granulės turėjo būti įmestos į degimo kamerą ir uždegamos galingų elektronų pluoštų pluoštais. Plazma, kaip termobranduolinės reakcijos produktas, išbėgusi iš variklio antgalio, užtikrina laivo trauką.

Buvo manoma, kad Dedalas turėjo skristi į Barnardo žvaigždę, iki kurios kelias yra už šešių šviesmečių. Didžiulis erdvėlaivis jį pasiektų per 50 metų. Ir nors projektas nebuvo įgyvendintas, šiai dienai realesnio techninio projekto nėra.

Kita tarpžvaigždinių laivų kūrimo technologijos kryptis yra saulės burė. Saulės burės naudojimas šiandien laikomas perspektyviausiu ir realiausiu laivo variantu. Saulės burlaivio privalumas yra tas, kad laive nereikia degalų, o tai reiškia, kad naudingoji apkrova bus daug didesnė nei kitų erdvėlaivių. Jau šiandien galima pastatyti tarpžvaigždinį zondą, kuriame saulės vėjo slėgis bus pagrindinis laivo energijos šaltinis.

Apie ketinimų plėtoti tarpplanetinius skrydžius rimtumą liudija nuo 2010 metų vienoje pagrindinių NASA mokslinių laboratorijų vystomas projektas. Mokslininkai rengia projektą, skirtą pasirengti pilotuojamam skrydžiui į kitas žvaigždžių sistemas per ateinančius šimtą metų.