Всё о космических путешествиях за 60 минут - Пол Парсонс
Никто и ничто не способно перемещаться быстрее скорости света за возможным исключением дурных вестей – они, как известно, подчиняются собственным законам.
Дуглас Адамс. В основном безвредна (1992)
В движение космические аппараты приведут солнечные паруса (см. главу 8). Однако вместо солнечного света ускорение им обеспечит наземная лазерная установка. Эту идею, пытаясь придумать способ управления солнечными парусами во тьме межзвездного пространства, впервые выдвинул американский физик и писатель-фантаст Роберт Форвард в 1970-х годах. Для Breakthrough Starshot потребуется лазерная установка с общей выходной мощностью 100 ГВт. Это огромное число. Для сравнения: крупнейшая в мире атомная электростанция «Касивадзаки-Карива» в Японии вырабатывает примерно 8 ГВт энергии.
Сами космические аппараты будут размером всего в несколько сантиметров в поперечнике и весом около грамма или даже меньше. Но при этом на каждом из них планируется разместить четыре крошечные камеры, компьютер, двигатели, плутониевую батарею, радиопередатчик и светоотражающий парус, достигающий 16 м2. Первые рабочие прототипы аппаратов были успешно запущены на низкую околоземную орбиту в 2017 году.
Текущий план предусматривает запуск корабля с аппаратами на высокую околоземную орбиту. И уже отсюда они будут стартовать. Лазеры сфокусируют на каждом из них лучи примерно на 10 минут. Полученная тяга окажется невелика – но ее будет достаточно, чтобы поднять несколько сотен граммов с поверхности Земли, – однако в космосе она сможет невероятно быстро разогнать столь легкий аппарат до 15–20 % от скорости света. На такой скорости путешествие до Проксимы Центавра b займет 20–30 лет, плюс понадобится еще 4,3 года, чтобы полученные данные – по радиоволнам, передающимся со скоростью света, – добрались до Земли.
На такой скорости столкновения с частицами пыли могут оказаться катастрофическими. Поэтому для обеспечения запаса прочности предусматривается запуск около 1000 аппаратов.
Критики высказали соображение, что многие технологии должны будут стать в десятки раз совершеннее, чтобы Breakthrough Starshot стал успешным. Тем не менее команда ученых – научных консультантов проекта, в их числе астрофизик Ави Леб, нобелевский лауреат Сол Перлмуттер и британский астроном Мартин Рис, – считает, что это возможно.
Самореплицирующиеся зонды
Breakthrough Starshot, пожалуй, самый многообещающий проект по отправке космического аппарата из наглей звездной системы в другую. Но что потом? Если для достижения ближайшей звезды требуется более 20 лет, то прохождение через 100 миллиардов звезд остальной части нашей галактики займет невероятное количество времени. Одним из предложенных решений является разработка роботизированного зонда, способного осуществить перелет к другим звездам и собирать данные о них и их планетах автономно, без прямого контроля с Земли.
Земля – это прекрасное место, но она не может существовать вечно. Рано или поздно нам придется обратиться к звездам. Breakthrough Starshot – захватывающий первый шаг в этом путешествии.
Стивен Хокинг (2016)
Как своего рода примитивная форма жизни зонды тоже могут быть способны к самовоспроизведению. За счет ресурсов, обнаруженных на астероидах и других планетах, используя их при помощи механики, электроники и даже наноинженерии – путем переупорядочения материалов на атомарном или молекулярном уровне, – космические аппараты и их потомки могли бы распространяться по всей Галактике, собирая данные и знания и создавая все больше собственных копий в ходе полетов.
Такие зонды, или, скорее, идея таких зондов – ни один подобный аппарат пока не был создан и запущен, – известны как зонды фон Неймана – в честь американского математика венгерского происхождения Джона фон Неймана. В 1940-х годах он математически доказал, что самовоспроизводящиеся машины являются наиболее эффективным способом исследования космоса. В 1980 году эту мысль развил американский нанотехнолог Роберт Фрайтас, который сделал подробные расчеты, продемонстрировавшие применимость зондов фон Неймана в качестве метода исследования Галактики.
Компьютерные эксперименты, проведенные в 2013 году, показали, что зонды могут использовать звездный аналог гравитационного маневра: пролетая вокруг быстро движущихся звезд, резко увеличить свою скорость, что позволит рою зондов исследовать всю галактику Млечный Путь примерно за 10 миллионов лет. Казалось бы, слишком большой промежуток времени, но в астрономических масштабах это одно мгновение.
Некоторые ученые ссылаются на очевидное отсутствие каких-либо инопланетных зондов фон Неймана, курсирующих по наглей Солнечной системе, в качестве доказательства того, что другой разумной жизни в Галактике нет. Однако даже наши технологии сегодня способны производить настолько миниатюрные роботизированные космические аппараты, что их весьма сложно обнаружить. Например, аппараты проекта Breakthrough Starshot крошечные – всего несколько сантиметров. Вполне возможно, что за нами уже наблюдают, но мы об этом не знаем.
Если мы планируем отправлять корабли к другим звездным системам, чтобы стать многопланетной цивилизацией, нам нужно сосредоточиться на лазерах. Это следующий шаг.
Илон Маск (2014)
Отправить роботов по всей Галактике – это одно, но как смогут путешествовать люди? Писатели-фантасты часто изображают космонавтов, находящихся в спячке во время дальних космических перелетов. В 2019 году ЕКА провела исследование по использованию химически вызванной спячки. Была доказана возможность замедления человеческого метаболизма на 75 %, что значительно снижает потребность в жизнеобеспечении. Это теоретическое исследование показало, что спящий экипаж рейса на Марс позволил бы уменьшить массу космического аппарата более чем на треть из-за уменьшенной потребности космонавтов в воде, еде и кислороде. И это, безусловно, существенно облегчило бы путешествие. В настоящее время подобная технология рассматривается только для межпланетных миссий. Однако, если она докажет свою эффективность, полеты за пределы Солнечной системы станут следующим шагом.
Нарушая закон
В научной фантастике люди часто превышают скорость света, путешествуя по галактикам. И хотя это кажется невероятным, подобное не выглядит таким уж невозможным, как пытался нас убедить Эйнштейн. Существует пара способов устроить это, и оба основаны на теориях того же Эйнштейна. Но все же восприятие любого из них как фактической реальности требует изрядной доли воображения.
Основным препятствием для движения быстрее света является специальная теория относительности Эйнштейна 1905 года. Она описывает движение тел и по большей части согласуется с законами Ньютона, но когда речь идет об очень высоких скоростях, теория и законы расходятся. И теория Эйнштейна подтверждается экспериментом.
Благодаря локальному расширению пространства-времени за космическим кораблем и аналогичному сжатию перед ним, движение быстрее скорости света… возможно.
Мигель Алькубьерре (1994)
Специальная теория относительности была вдохновлена теорией электромагнетизма Максвелла, одним
