Что такое корабль поколения? Межзвездный ковчег
7 марта
Мечта о путешествии к другой звезде и посадке семени человечества на далекой планете… не будет преувеличением сказать, что она пленила воображение людей на протяжении веков. С рождением современной астрономии и космической эры были даже сделаны научные предложения о том, как это можно было бы сделать. Но, конечно же, жизнь в релятивистской Вселенной представляет собой множество проблем, для которых нет простых решений.
Одна из величайших проблем связана с огромным количеством энергии, необходимой для того, чтобы доставить человека на другую звезду в течение его собственной жизни. Поэтому некоторые сторонники межзвездных путешествий рекомендуют отправлять космические корабли, которые по существу являются миниатюрными мирами, которые могут вместить путешественников на века или дольше. Это межзвездные ковчеги — космические корабли, которые строятся для действительно длительного путешествия.
Логика, лежащая в основе корабля поколения, проста: если вы не можете путешествовать достаточно быстро, чтобы добраться до другой звездной системы в течение одной жизни, постройте судно достаточно большое, чтобы нести все, что вам может понадобиться для длительного путешествия. Это потребовало бы обеспечения того, чтобы корабль имел надежную двигательную установку, которая может обеспечить устойчивую тягу во время ускорения и замедления, а также необходимые удобства для обеспечения жизни нескольких поколений людей.
Вдобавок ко всему, корабль должен был быть в состоянии гарантировать, что его экипаж получит пищу, воду и пригодный для дыхания воздух – достаточно, чтобы продержаться в течение веков или даже тысячелетий. По всей вероятности, это будет означать создание замкнутого микроклимата внутри корабля, дополненного циклом воды, циклом углерода и циклом азота. Это позволит выращивать продукты питания и непрерывно перерабатывать воду и воздух.
Достижение ближайших звезд
Ближайшая звезда к нашей Солнечной системе-Проксима Центавра, звезда главной последовательности типа М (красный карлик), расположенная примерно в 4,24 световых годах от нас. Эта звезда является частью тройной звездной системы, которая включает в себя систему Альфа Центавра, двоичную, состоящую из главной последовательности солнцеподобной звезды (желтый карлик типа G) и главной последовательности звезды типа K (оранжевый карлик).
Помимо того, что Проксима Центавра является ближайшей к нам звездной системой, она также является домом для самой близкой к Земле экзопланеты – Проксимы В. Это земная планета, открытие которой было объявлено в 2016 году Европейской южной обсерваторией (ESO), имеет примерно такие же размеры, как и Земля (1,3 массы Земли), и вращается в пределах околоземной обитаемой зоны своей звезды.
Но путешествие даже до ближайшей звезды займет очень много времени и потребует огромного количества энергии. Используя обычные средства передвижения, он мог бы занять от 19 000 до 81 000 лет, чтобы добраться туда. Используя предложенные методы, которые были испытаны, но еще не построены (например, ядерные ракеты), время путешествия сужается примерно до 1000 лет.
Предлагаются методы, способные достичь ближайших звезд за одно время существования, такие как движение с направленной энергией-например, прорывной выстрел по звездам . Для этой концепции легкий парус и космический аппарат граммового масштаба могут быть ускорены до 20% скорости света (0,2 С ), что позволит совершить путешествие к Альфе Центавра всего за 20 лет. Однако Starshot и подобные предложения — это все несозданные концепции.
Помимо этого, единственно возможные методы отправки людей в другую звездную систему либо технически осуществимы (но не развиты), либо полностью теоретичны (например, варп-двигатель Alcubierre ). Имея это в виду, многие ученые разработали предложения, которые отказались бы от скорости и вместо этого сосредоточились на размещении экипажей во время длительного путешествия.
Предложения
С начала XX века учеными и инженерами были сделаны многочисленные предложения. Многие из этих предложений были представлены в форме исследований, в то время как другие были популяризированы в научно-фантастических романах. Самый ранний известный пример-эссе 1918 года ” The Ultimate Migration » пионера ракетостроения Роберта Х. Годдарда (в честь которого назван центр космических полетов НАСА в Годдарде).
Экипажу предстояло провести это многовековое путешествие в состоянии анабиоза, причем время от времени пилота будили для корректировки курса и технического обслуживания. Как он и писал:
«Пилот должен быть пробужден или оживлен с интервалом, возможно, в 10 000 лет для перехода к ближайшим звездам и в 1 000 000 лет для больших расстояний или для других звездных систем. Для этого следует использовать часы, приводимые в действие изменением веса (а не электрическими зарядами, которые производят слишком быстрые эффекты) радиационного вещества… это пробуждение, конечно, было бы необходимо для того, чтобы направить аппарат, если бы он сбился с курса.”
Он также предполагал, что атомная энергия может быть использована в качестве источника энергии; но в противном случае достаточно было бы использовать сочетание водородного и кислородного топлива, а также солнечной энергии. Основываясь на своих расчетах, Годдард подсчитал, что этого будет достаточно, чтобы получить корабль со скоростью от 4,8 до 16 км/с (от 3 до 10 миль/с), что составляет от 17 280 км/ч до 57 600 км/ч (от 10 737 до 36 000 миль в час) или 0,000016% до 0,00005% скорости света.
Константин Евгеньевич Циолковский, “отец астронавтической теории”, также обратился к идее многопоколенного космического корабля в своем очерке “будущее Земли и человечества” (1928). Циолковский описал космическую колонию («Ноев Ковчег»), которая будет самодостаточной и где экипажи будут содержаться в бессонных условиях, пока они не достигнут своей цели тысячи лет спустя.
Еще одно раннее описание корабля поколения содержится в эссе 1929 года “ мир, плоть и Дьявол ” Дж.Д. Берналя (изобретателя “сферы Берналя”). В этом влиятельном эссе Берналь писал о человеческой эволюции и ее будущем в космосе, в том числе о кораблях, которые мы сегодня описали бы как “корабли поколения.”
В 1946 году польско-американский математик Станислав Улам предложил новую идею, известную как ядерный импульсный двигатель (АЭС). Будучи одним из участников Манхэттенского проекта, Улам предвидел, как будут перепрофилированы ядерные устройства в интересах Космических исследований. В 1955 году НАСА запустило проект Orion с целью изучения NNP как средства для проведения глубоких космических полетов.
Этот проект (который официально осуществлялся с 1958 по 1963 год) возглавляли Тед Тейлор из General Atomics и физик Фримен Дайсон из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Он был оставлен после того, как договор об ограниченном запрещении испытаний (подписанный в 1963 году) установил постоянный запрет на ядерные испытания на околоземной орбите.
В 1964 году доктор Роберт Энцман предложил наиболее детальную концепцию для корабля поколения до настоящего времени, впоследствии известную как “ Звездный корабль Энцмана “. Его предложение предусматривало создание корабля, который будет использовать дейтериевое топливо для проведения термоядерных реакций с целью достижения небольшой доли скорости света. Судно будет иметь длину 600 метров (2000 футов) и вмещать первоначальный экипаж из 200 человек (с возможностью расширения).
В 1970-х годах Британское межпланетное общество провело технико-экономическое обоснование межзвездных путешествий, известное как проект «Дедал». Это исследование требовало создания двухступенчатого термоядерного космического аппарата, который был бы способен совершить путешествие к звезде Барнарда (5,9 световых лет от Земли) за один срок жизни. Хотя эта концепция предназначалась для несозданных космических аппаратов, исследования будут служить основой для будущих идей в отношении экипажей миссий.
Например, международная организация «Икар Интерстеллар» с тех пор предприняла попытку оживить эту концепцию в форме проекта «Икар». Основанная в 2009 году, ученые-добровольцы Icarus (многие из которых работали на НАСА и ЕКА) надеются сделать термоядерный двигатель и другие передовые методы движения вперед реальностью в 21-м веке.
Были также проведены исследования, в ходе которых антиматерия рассматривалась в качестве движущего средства. Этот метод включил бы сталкивающиеся атомы водорода и антиводорода в реакционной камере, которая предлагает преимущества неимоверной плотности энергии и низкой массы. По этой причине Институт передовых концепций НАСА (НИАК) изучает эту технологию в качестве возможного средства для длительных миссий.
В период с 2017 по 2019 год доктор Фредерик Марин из Астрономической обсерватории Страсбурга провел ряд высокодетализированных исследований по необходимым параметрам для корабля поколения — включая минимальный размер экипажа, генетическое разнообразие и размер корабля. Во всех случаях он и его коллеги полагались на новый тип численного программного обеспечения (называемого HERITAGE), который они создали сами.
Концепция многоцелевого корабля, разрабатываемого командой TU Delft Starship Team (DSTART) при поддержке ЕКА. Кредит и авторские права: Nils Faber & Angelo VermeulenДля первых двух исследований д-р Марин и его коллеги провели моделирование, которое показало, что минимальный экипаж составляет 98 человек (макс. 500) быть соединенным с криогенным банком спермы, яйцеклеток и эмбрионов, чтобы обеспечить выживание (но избежать переполненности), а также генетическое разнообразие и хорошее здоровье по прибытии.
В третьем исследовании доктор Марин и другая команда исследователей определили, что корабль поколения должен был бы измерять 320 метров (1050 футов) в длину, 224 метра (735 футов) в радиусе и содержать по крайней мере 450 м2 (~4850 футов2) искусственной земли для сельского хозяйства. Эта земля будет также гарантировать, что вода и воздух корабля будут переработаны как часть микроклимата.
Выводы
Учитывая огромную стоимость строительства корабля поколения, риск совершения такого длинного путешествия, количество неизвестных, вовлеченных в него, и возможность того, что он будет бесполезен с развитием технологии, нужно задать вопрос: стоит ли это того? К сожалению, как и на многие другие вопросы, касающиеся межпоколенческих космических путешествий, однозначного ответа нет.
В конечном итоге, если ресурсы имеются и есть желание сделать это, люди вполне могут в конечном итоге попытаться выполнить такую миссию. Не будет никакой гарантии успеха и, даже если экипаж успешно доберется до другой звездной системы и колонизирует далекую планету, пройдут тысячелетия, прежде чем кто-либо на Земле услышит от своих потомков.
В этих обстоятельствах было бы более разумно просто подождать дальнейших технологических достижений и попытаться выйти в межзвездное пространство позже. Тем не менее, не все могут быть настолько готовы ждать, и история имеет тенденцию помнить тех, кто бросает вызов шансам и рискует. И как показали нам такие предприятия, как Mars One, нет недостатка в людях, готовых рисковать своей жизнью ради колонизации далекого мира!
Подробности на: https://zen.yandex.ru/media/id/5e3d867bc4a0d7170759bd60/chto-takoe-korabl-pokoleniia-mejzvezdnyi-kovcheg-5e63ad2f824a2d437a811d1b
