Interstellare flyreiser. Er det mulig å fly til andre stjerner? Hvilket land vil fly til stjernene?

06.05.2022 Drift

Fly til stjernene

Helt fra begynnelsen var det klart at plassen solsystemet, planetene er innenfor rekkevidde av romfartøyer og skip som kan skapes med dagens teknologi- og kunnskapsnivå, og derfor vil folk være i stand til, om ikke å lande, så i alle fall å nå eller nå noen av sine planeter.

Men samtidig ble det klart at hjemme, i solsystemet, ville vi kunne få data om planeter, asteroider, kometer, om deres funksjoner, kanskje om deres opprinnelse, men ikke noe mer. Mest sannsynlig vil vi ikke lære noe uventet eller fundamentalt nytt i solsystemet. Det er usannsynlig at data innhentet fra reiser gjennom solsystemet vårt vil gjøre betydelige fremskritt i vår forståelse av verden vi lever i.

Naturligvis går tanken til stjernene. Tross alt ble det tidligere forstått at flyreiser nær jorden, flyreiser til andre planeter i solsystemet vårt ikke var det endelige målet. Å bane vei til stjernene så ut til å være hovedoppgaven. Det er ikke for ingenting at amerikanerne, selv om de var noe for tidlig, kalte sine kosmonauter for astronauter, det vil si astronauter.

Dette ga opphav til tanker om stjerneskip, og derfor oppsto selve navnet. romskip" Vi, skaperne, kalte det et romskip. Korolev godtok ikke dette navnet. Nå husker jeg ikke engang når og hvem av oss som foreslo å kalle vår fremtidige bil et skip. Men jeg husker godt hvordan de en dag viste meg en fotomontasje gjengitt fra et eller annet utenlandsk magasin: en karavel mot hestehodetåkens bakgrunn, som flyr av gårde i full seil i det fjerne! Skip! Dette var akkurat det som samsvarte med våre ambisjoner.

Før eller siden måtte menneskelig tanke tilbake til stjerneskip. Hva skal de være? Hvilke problemer må løses for at stjerneflyvninger skal bli en realitet?

Hvis vi snakker om automatiske romfartøyer sendt til de nærmeste stjernene, virker i prinsippet ikke dette problemet uoverkommelig.

Men refleksjoner og enkle estimater av parametrene til skip for menneskelige flyvninger til stjernene viser at vi, når vi prøver å løse problemet med å utføre stjerneflyvninger, står overfor grunnleggende vanskeligheter.

Det første problemet er tid. Selv om vi klarte å bygge et stjerneskip som kunne fly med en hastighet nær lysets hastighet, ville reisetiden i vår galakse alene blitt beregnet i årtusener og titalls årtusener, siden diameteren er omtrent 100 000 lysår. Og flyreiser utenfor galaksen vil kreve mange ganger mer tid. Så når vi vurderer problemet med å reise til stjernene, vil vi begrense oss til galaksen vår.

La oss forestille oss at vitenskapen vil være i stand til å fryse astronauter i et visst antall år, slik at de "våkner til liv" når de kommer til bestemmelsesstedet, eller sender menneskelige embryoer på reise. Og selv om dette problemet løses ikke bare teknisk, men også moralsk, vil de etter reisen vende tilbake til en verden som er helt fremmed for dem. Det er nok å huske endringene som har skjedd de siste 200 årene (og her snakker vi om titalls årtusener!), og det blir klart at astronautene etter hjemkomsten vil finne seg selv i en helt ukjent verden: en flytur til stjernene vil nesten alltid være en enveisflyvning. For de rundt oss, slektninger og venner av romreisende, vil dette være noe som å se av en kjær på sin siste reise.

Det andre problemet er den farlige strømmen av partikler, gass og støv. Rommet mellom stjernene er ikke tomt. Overalt er det rester av gass, støv, strømmer av partikler. Hvis de prøver å reise nærme nok lysets hastighet, vil de skape en strøm av høyenergipartikler som vil påvirke skipet og være nesten umulig å forsvare seg mot.

Det tredje problemet er energi. Hvis den mest effektive termonukleære reaksjonen brukes i skipets rakettmotor, for å reise i begge retninger med en hastighet nær lysets hastighet, selv med en ideell utforming av rakettsystemet, er forholdet mellom den opprinnelige massen og den endelige massen kreves å være ikke mindre enn ti til den trettiende potens, noe som virker urealistisk.

Når det gjelder å lage en fotonmotor for et romskip som bruker materieutslettelse, er det fortsatt mange problemer som truer her (lagre gigantiske reserver av antimaterie, beskytte strukturen til skipet og speilet til fotonmotoren fra den frigjorte energien og fra det del av antistoffet som ikke vil utslettes i motoren osv.), og ingen løsning er synlig for noen av dem.

Men la oss til og med anta at vi klarer å lage en fotonmotor. La oss prøve å forestille oss et galaktisk fotonskip som er i stand til å fly med en hastighet nær nok lysets hastighet til å fjerne problemene med tid. Den faktiske flytiden for astronauter frem og tilbake på en reise over en avstand av størrelsesorden halve diameteren til vår Galaxy med en optimal flyrute (kontinuerlig akselerasjon og deretter kontinuerlig retardasjon) vil være (i henhold til klokken på skipet) ca. 42 år når man flyr med en akselerasjon (akselerasjon eller retardasjon) lik jordens akselerasjon på grunn av tyngdekraften. Ifølge klokken vil det gå rundt 100 000 år på jorden.

La oss anta at vi klarte å oppnå en ideell prosess i en fotonisk motor, lage en ideell design med null masse tanker (som selvfølgelig ikke kan være det, men dette betyr bare at resultatene i virkeligheten vil være mye dårligere), og la oss prøv å estimere noen parametere for et slikt ideelt skip for å fly omtrent halvparten av galaksens diameter. Det viser seg at forholdet mellom skipets startmasse og den endelige massen vil være omtrent ti til nittende potens! Dette betyr at med massen av bo- og arbeidslokaler og utstyr (det vil si alt som skipet bærer) lik bare 100 tonn, vil utskytningsmassen være større enn månens masse. Dessuten er halvparten av denne massen antimaterie. Hvor kan jeg få det fra? Hvordan overføre kraft til den for akselerasjon?

Fra dagens ideer om verden får man inntrykk av at det er umulig å løse problemet med å transportere materielle kropper over galaktiske avstander med hastigheter nær lysets hastighet det er meningsløst å bryte gjennom rom og tid ved hjelp av en mekanisk struktur.

Det er nødvendig å finne en måte for interstellar reise som ikke er forbundet med behovet for å transportere en materiell kropp. Denne ideen har lenge vært brukt i science fiction-litteratur (som i seg selv ikke burde være forvirrende, siden mer enn en gang globale vitenskapelige mål ble først formulert i eventyr og science fiction-litteratur) - ideen om reisen til intelligente vesener i form av en informasjonspakke.

Elektromagnetiske bølger forplanter seg praktisk talt tapsfritt gjennom det observerbare universet. Kanskje her ligger nøkkelen til å avdekke mysteriet med interstellar reise.

Uten å falle inn i mystikk, må vi innrømme at personligheten til en moderne person ikke kan skilles fra kroppen. Men det er mulig å forestille seg et spesialdesignet individ der personligheten kan skilles fra kroppen, på samme måte som programvaren kan skilles fra designen til moderne elektroniske datamaskiner.

Personlighet er et individuelt kompleks av egenskaper til en gitt person i hans oppfatning av omverdenen, i hans iog reaksjoner på mottatt informasjon, i hans fantasi, liker og misliker, i hans kunnskap.

Hvis en informasjonspakke, som er en fullstendig beskrivelse av en person, kan skrives om fra sine felt for operasjonelle operasjoner og lagringsenheter, kan denne informasjonspakken overføres via en kommunikasjonslinje til mottakerstasjonen og der skrives om til en standard håndgripelig medium (enten valgt i henhold til prislisten, eller ...), der den reisende allerede kan leve, handle, bevege seg og tilfredsstille sin nysgjerrighet.

På tidspunktet for overføring av identitetsinformasjonspakken er en slik person ikke i live. For at han skal eksistere og handle, må hans personlighet (en pakke med informasjon) plasseres i et materiell medium. Hans personlighet, hvis du vil - hans ånd, kan bare eksistere på de materielle feltene for operasjoner og lagringsenheter.

En slik metode for å løse problemet med å fly til stjernene ville være realiseringen ikke bare av plottene til moderne science fiction, men også av eldgamle myter, eventyr, legender om oppstigning til himmelen og omstyrtelse i helvete, om flygende fartøy og ca. verdener hvor mennesker dukker opp og forsvinner, oh transmigrering av sjeler. Kanskje ville filosofiske stridigheter om mennesket, om skrøpeligheten i dets kroppslige skall og essensen av å være løst. Hva er en person? Hva er sannhet?

Det er interessant at fremragende filosofer i forskjellige historiske perioder, fra antikken til vår tid, gjennom logisk analyse (basert, forresten, ikke på kunnskap) kom til helt moderne ideer om forholdet mellom den indre essensen og menneskekroppen. Livet til en person er sjelens liv, det er tanken på seg selv som slår i hjelpeløse anstrengelser (hva er jeg?), om verden utenfor seg selv og i seg selv, estetisk nytelse i skjønnhet og avvisning av det primitive og usannheten, dette er tanke- og analysefrihet. Vi er her, vi lever, så lenge vi er i stand til å tenke, vurdere, behandle informasjon og generere den. Resten av meg, kroppen min, er for vedlikehold.

Hjernen vår er et felt av matematiske operasjoner med symboler, tall, begreper, regler og algoritmer. Disse operasjonene gir syntese av innkommende informasjon og analyse av den. Algoritmene som har utviklet seg i en bestemt person for å behandle, analysere og evaluere informasjon bestemmer hans estetikk og selvoppfatning, hans følelse av sin egen eksistens. Selvfølgelig utføres disse operasjonene i henhold til regler som er spesifikke for en gitt person. Disse reglene dannes gradvis i hjernen til individet (som et resultat av hans erfaring med å motta og behandle informasjon, opplevelsen av hans egne aktiviteter og dens evaluering) og er skrevet på feltene matematiske operasjoner og på lagringsenhetene til hans hjerne. Dessuten, i løpet av livet, kan disse reglene forbedres, endres (ettersom en person selv endrer seg over tid) og forverres. Innspilt på et materiell medium, ser de ut til å bli materielle. Men disse operasjonene, tankene, opplevelsene i seg selv er noe som ikke kan ses eller «røres». Mennesket har alltid prøvd å materialisere dette noe i form av lyder, ord, farger. Men alltid et forsøk på selvuttrykk viste seg å være bare en skygge, et svakt ekko av dette.

Kroppen er servicesystemene innen matematiske operasjoner (ernæring, rengjøring, bevegelse, kommunikasjonsmidler med omverdenen, etc.). Men de aller fleste mennesker, nesten alle og nesten alltid, skilte ikke mellom deres "jeg" og kroppen deres. Og de forsøkte alltid å ordne kroppen bedre.

Det er logikk i dette: uten ernæring dør hjernen, operasjonsfeltet går i oppløsning, og personligheten forsvinner. I en sunn kropp fungerer en "datamaskin" med færre feil, med høyere hastighet (på grunn av parallelle operasjoner, og generelt på grunn av bedre algoritmer), og gir større intern motstand mot eksterne trusler og komplikasjoner. Og viktigst av alt, det gir klarhet i tenkningen.

Kanskje det er grunnen til at ønsket om å behage ens kropp fra generasjon til generasjon forble den viktigste drivkraften til menneskeheten. Den bestemte rovkampanjer, etableringen av nye teknologier og ønsket om en bedre organisering av det sosiale livet (inkludert «la oss rane de rike»-metoden, forkledd med slagordet «ned med utnyttelse»). Hus, biler, fly, gass, elektrisitet, datateknologi ble født fra dette ønsket. Ønsket om å gi maksimal komfort til kroppen har vært og forblir hoveddriveren i folks liv.

Men faktisk er dette sekundært. Vårt "jeg", vår individualitet, vår essens, vårt vesen er ikke et materielt skall. Og det er ingenting som er i motsetning til vår oppfatning av verden i ideen om den grunnleggende muligheten for å skille individualitet og dens materielle bærer.

Derfor, fra et ingeniørmessig synspunkt, ser det ut til å være mulig å konstruere en person hvis sjel kan skilles fra kroppen, og kanskje å konstruere en verden der en person nesten umiddelbart (si, i solsystemet) kan bevege seg fra en planet til en annen.

Er det lov å lage en slik skapning? Har vi rett til å gjøre dette? Hvilke livsinsentiver kan vi tilby ham? Det er i disse sakene hovedproblemet.

Vi er mest sannsynlig et produkt av organisk evolusjon. Livsinstinktet, forplantningsinstinktet, er dypt forankret i oss. Når dette instinktet dør med alder, helse og levekår, mister en person lysten til å leve. Og hvilken stimulans av livet kan vi tilby vår skapelse? Nysgjerrighet? ønske om å være nyttige mennesker hvem skapte kroppen hans (forgjengelig og utskiftbar) og hevet hans personlighet og sjel? Ønsket om å utvikle deg selv i utforskning av verden, i ultra-langdistansereiser, i opprettelsen av transceiver-stasjoner for reiser, i konstruksjonen av rombaser i omkrets?

Er disse insentivene overbevisende? Hvor får han hengivenhet og kjærlighet til sine naboer? Hvordan oppdra ham slik at han ikke viser seg å være et monster med absurde og meningsløse ambisjoner om makt, for muligheten til å gi instruksjoner, utdanne og bli kjent som en velgjører? Eller omvendt, slik at han ikke viser seg å være et infantilt, initiativløst vesen, likegyldig til verden, sine naboer og seg selv?

Og selvfølgelig står enorme tekniske problemer i veien for å skape en slik skapning. Hvordan tenker vi? Hvordan skapes stereotypier av våre reaksjoner, oppførsel, vurderinger, hvordan blir vår individualitet født? Mest sannsynlig oppstår algoritmer for å oppfatte omverdenen, analysere og tenke på nytt i hver person og, i en eller annen grad, på en annen måte. Karakteren deres bestemmes av gener, miljø, strukturen i samfunnet, gledene og sorgene i barndommen. I et samfunn av slaver vokser slaver opp i et samfunn av frie mennesker, uavhengige individer som respekterer sin egen verdighet. Fra dette synspunktet er standardiserte utdanningsmetoder: barnehager, barnehager, skoler veldig farlige. Dette er det verste du kan gjøre for fremtiden din. Menneskeheten kan bare være sterk gjennom mangfold og individualitet. Selvfølgelig bør noen grunnleggende pakter, bud være felles for alle: elsk din neste, ikke stjel, ikke drep, ikke begjær... Men å danne en person etter standarden er å forberede seg på din egen død.

Hvordan kan du begynne å skape kunstig intelligens uten å forstå alle disse tingene? Uunngåelige tragiske feil og fiaskoer venter oss på denne veien. Men denne ideen har allerede kommet inn i bevisstheten til de mest nysgjerrige og driftige. Vi må anta at denne saken vil utvikle seg.

Mer forståelige vanskeligheter vil dukke opp.

Hvis du "sender personlighet" over galaktiske avstander, må du lage antenner med dimensjoner i størrelsesorden kilometer og sendere med en effekt i størrelsesorden hundrevis av millioner kilowatt. Men for å implementere denne metoden for galaktisk reise, er det nødvendig ikke bare å skape en ny kosmisk person, hvis personlighet kan skilles fra kroppen, fra en materiell bærer og overføres i form av en pakke med informasjon gjennom en kommunikasjonskanal, men også for å lage mottaks- og sendestasjoner (for eksempel i radiorekkevidden), transportere dem (for eksempel ved hjelp av automatiske romfartøyer) til mulige destinasjoner (som regel ligger ikke langt fra enhver stjerne for å forsyne sender/mottakerstasjoner med energi). I dette tilfellet kan du transportere transceiverstasjoner, men du kan bare transportere teknologi minimumssett verktøy og roboter for å produsere dem på destinasjonen.

Men å levere stasjoner med hastigheter i størrelsesorden hundrevis og til og med tusenvis av kilometer per sekund til stjerner som ligger i avstander på titalls lysår fra oss, vil kreve årtusener og titusenvis av årtusener. I løpet av denne tiden kan interessen for selve foretaket gå tapt.

Likevel ligger denne veien innenfor rammen av det mulige.

Man kan tenke seg en annen måte for rommennesket å gjennomføre stjernereiser: gjennom kontakt med andre sivilisasjoner.

Faktisk vil hele menneskeheten delta i etableringen av informasjonsutveksling under reisen. Informasjon mottatt fra en annen verden om den, om dens innbyggere, deres liv og informasjon som overføres der om livet vårt, vil være hele menneskehetens reise til stjernene.

Og igjen oppstår det samme evige spørsmålet: hvordan komme i kontakt med andre sivilisasjoner?

Den logiske veien: erklær deg selv, lag og slå på et beacon, motta en forespørsel og begynn kommunikasjon. Hvis vi går ut fra ideen om å lage et pulsert radiofyr som sender ut i alle retninger (for eksempel langs galaksens plan), mottar energi fra solen ved hjelp av solcellepaneler med en kapasitet på en milliard kilowatt (vurderingen ble utført i forhold til et beacon med et frekvensbånd på bare 100 hertz), så fra abonnenter som leter etter beacons, vil det være nødvendig å lage mottaksantenner med diametre fra 1 til 10–20 kilometer for henholdsvis søk på avstander fra ett til femti tusen lysår. En milliard kilowatt kraft kan hentes fra solcellepaneler med dimensjoner på rundt 100 ganger 100 kilometer. Gigantisk i størrelsen, men ganske synlig. Utformingen av slike solcellebatterier kan tenkes som en truss-plattform med filmsolcellebatterier strukket på den.

Hvis vi snakker om kommunikasjon med sivilisasjoner som er tusenvis eller titusenvis av år fjernt fra oss, så vil tidsrammen for å kontakte andre sivilisasjoner være henholdsvis tusener og titusener av år. Ikke millioner lenger, men fortsatt veldig lang tid.

Kan det være en kortere vei? Kan være. Hvis noen andre sivilisasjoner valgte denne veien for å etablere forbindelser i vår galakse, så kunne de allerede ha skapt og slått på sine beacons. Dette betyr at vi må se etter disse beacons, bygge mottaksantenner som er i stand til å motta signaler fra galaktiske beacons. Radioteleskoper med antenner som måler kilometer i størrelse kan bygges i baner nær jorden og i banene til solsatellitter i løpet av de neste tiårene.

Tiden det tar å motta signaler fra andre sivilisasjoner vil bli bestemt av tiden det tar å lage store romradioteleskoper og tiden det tar å søke etter beacon-signaler. Men hvor skal man lete? Kanskje nær sentrum av galaksen, kanskje langs midtlinjen til galaksens spiralarmer, kanskje i kuleformede stjernehoper, nær det galaktiske planet. Eller i nærheten av stjerner med planetsystemer. På en eller annen måte har dette allerede gått tiår, ikke tusenvis eller millioner av år.

Finnes det en enklere måte å kommunisere med andre sivilisasjoner på?

La oss anta at representanter for andre sivilisasjoner allerede var (eller er?) på jorden eller i solsystemet. Hvordan finne dem, hva kan være sporene etter deres aktiviteter? Hvor kan transceiverstasjonene deres være plassert?

Det er to søkeretninger her.

De kosmiske vesenene selv, hva kan de være? Dimensjoner, funksjoner i livet deres. De trenger sannsynligvis ikke en atmosfære og organisk materiale for ernæring, og rommet er deres naturlige habitat? Hvordan finne dem? Hvorfor kontakter de oss ikke? Jakten etter svar på disse spørsmålene er den første retningen.

Den andre retningen er knyttet til søket etter deres kommunikasjonsmidler, søket etter stasjoner for å motta og sende reisende.

Refleksjoner over problemet med flyreiser til stjernene lar oss identifisere flere lovende arbeidsområder: opprettelsen av større og større radioteleskoper, utviklingen av romroboter, utviklingen av design og ideologi til fyrtårn for å finne det meste effektiv metode deres søk, forskning på muligheten for å skape og utvikle kunstig intelligens, søk etter kommunikasjonskanaler for andre sivilisasjoner i solsystemet. Disse retningene er helt i samsvar med menneskehetens moderne behov.

Jobber på kunstig intelligens er assosiert med å løse problemet med å lage tilstrekkelig effektive roboter som kan erstatte mennesker i farlige industrier, redde dem fra arbeidskraft i gruver, fra rutinearbeid, som vil hjelpe oss med å utforske undervannsverdenen og i konstruksjon. Opprettelsen av store radioteleskoper vil gjøre det mulig å gjennomføre de mest effektive studiene av universet både ved dets grenser og i sentrum av galaksen.

Hensikten med slike refleksjoner på science fiction-nivå er å se fremover for å velge de langsiktige utsiktene som står foran oss, for å bestemme søkeretningene, for å sammenligne dem med aktuelle problemer innen økologi og økonomi, ordningen med menneskeliv på jorden, med dagens interessante oppgaver i studiet av universet, og fra Denne analysen vil identifisere arbeidsområder som det er verdt å bruke de totale midlene, energien og intelligensen til mennesker på. Dette er verdt å gjøre for å ta balanserte og rimelige beslutninger om valget ditt.

Og hvilke ideer og mål vil vi overlate til våre etterkommere? Ikke la tyranner, eventyrere og bare kjeltringer komme nær makten? Men dette var klart for folk selv i antikken. Riktignok var det vanligvis ikke mulig å realisere denne forståelsen. Ideen om et rent land - uten stinkende døde elver, uten ørkener (i stedet for skog), uten strålingsskallede flekker på planetens levende kropp? Folk innså dette på slutten av 1800-tallet. Kanskje er arven vår til våre etterkommere å fly til stjernene og søke etter forbindelser med andre sivilisasjoner? Disse ideene ble født i science fiction-litteraturen på 1900-tallet. For å finne ut hvordan vår verden, universet vårt, er bygget opp – menneskeheten har vært opptatt av dette i mange århundrer. Eller kanskje alt allerede er testamentert til oss, og vår oppgave er å prøve, i vår midlertidige runde med menneskelig utvikling, å realisere de målene som er satt for jordboerne?

Fra boken Manned Flights to the Moon forfatter Shuneyko Ivan Ivanovich

Flyvning med en konstant helningsvinkel for banen Med tanke på bevegelsen til en rakett langs en bane med konstant helningsvinkel i et konstant gravitasjonsfelt, antar vi at skyvekraft, drivstofforbruk og spesifikk impuls er lineært avgrensede funksjoner av relasjonen

Fra boken Battle for the Stars-2. Romkonfrontasjon (del I) forfatter Pervushin Anton Ivanovich

Flyging med variabel banevinkel I praktiske tilfeller endres helningsvinkelen til en raketts flybane over tid, og den optimale verdien av spesifikke impulser er ikke konstant for hele flygingen. Lavere spesifikk impuls med høyere skyvekraft er gunstig for

Fra boken Battle for the Stars-2. Romkonfrontasjon (del II) forfatter Pervushin Anton Ivanovich

Tidsvarierende flyging (klasse 2). Som følger av fig. 31.3, er lanseringstiden for en oppgave som tilhører klasse 2 bestemt mye enklere. Oppskytningstidene for den første og andre muligheten i tilfelle c (fig. 31.3) er ikke de samme på grunn av presesjonen til banen for øyeblikket

Fra boken Take Off 2006 12 forfatter forfatter ukjent

Fra boken The Rasle of a Granate forfatter Prishchepenko Alexander Borisovich

Den første og siste flyvningen til "Buran" Programmet for den første flyvningen til et orbitalfly, som beholdt navnet "Buran", ble gjentatte ganger revidert Tre-dagers og to-bane-alternativer. I henhold til det første alternativet kan spesielle vanskeligheter være forårsaket av noe som ikke er det

Fra boken Ritz's Ballistic Theory and the Picture of the Universe forfatter Semikov Sergey Alexandrovich

Project Noah's Ark, eller NASA på vei til stjernene På årsmøtet for medlemmer av American Association for the Advancement of Science, holdt i februar 2002, kunngjorde en NASA-representant at byrået kom til å sende et "generasjonsskip" utover solsystemet med

Fra boken Takeoff 2008 01-02 forfatter forfatter ukjent

"Flighten" til Mars starter om et år Som forberedelse til et unikt 500-dagers eksperiment for å simulere en bemannet flytur til Mars ("Mars-500"-programmet), som er planlagt å starte i 4. kvartal 2007. rekruttering av frivillige fortsetter.

Fra boken Sikorskys vinger forfatter Katyshev Gennady Ivanovich

5.6. Fly med en last med eksplosiver. Møte med den "svarte enken" Under den søte lyden av fanfaren til de første suksessene begynte forberedelsene til Nalchik. I tillegg til testteamet, skulle flyvåpenets fly levere E-9-enheter og mer enn seks hundre kilo eksplosiver: plast, med en konsistens

Fra boken TAKE OFF 2011 06 forfatter forfatter ukjent

§ 5.11 Kosmiske stråler - veien til stjernene ... Planeten er sinnets vugge, men du kan ikke leve evig i vuggen. ...Menneskeheten vil ikke forbli på jorden for alltid, men i jakten på lys og rom, vil den først forsiktig trenge inn utenfor atmosfæren, og deretter erobre alt rundt solen

Fra boken The Trajectory of Life [med illustrasjoner] forfatter Feoktistov Konstantin Petrovich

Tar fly etter... 45 år! En gruppe entusiaster fra Design Bureau "Modern Aviation Technologies" forberedte en uventet overraskelse for kjennere av russisk luftfarts historie før nyttår. Innbyggere i LII oppkalt etter. MM. Gromov og omkringliggende ferielandsbyer med stor overraskelse

Fra boken 100 Great Achievements in the World of Technology forfatter Zigunenko Stanislav Nikolaevich

FØRSTE FLY Morgenen 3. juni 1910 i Kiev viste seg å være stille og skyfri. Det blåste en lett bris. Hele laget var samlet. BiS-2 ble rullet ut av hangaren. Igor tok pilotens plass. "Kontakt!" Motoren begynte å fungere umiddelbart. Etter oppvarming ga piloten maksimal gass. Tre personer klarte så vidt å holde seg

Fra boken Take Off, 20013 nr. 11 av forfatteren

MRJ første flyvning på ett år Det siste året har ikke ført til noen vesentlige endringer i programmet til det første japanske regionale jetflyet, MRJ, laget av Mitsubishi Aircraft Corporation. Den 15. september 2010 kunngjorde Mitsubishi-ledelsen

Fra forfatterens bok

Første flytur Da vi utviklet Vostok-romfartøyet, forsøkte vi å gjøre det ikke bare raskt, raskere enn amerikanerne (de har allerede annonsert at de vil utvikle et romfartøy), men, viktigst av alt, å gjøre det pålitelig. En ganske triviell formulering av problemet. Men hvordan kan dette være

Fra forfatterens bok

Fossetts flytur verden rundt I mars 2005 satte den kjente amerikanske forretningsmannen og reisende Steve Fossett som kjent ny rekord. Tidligere fløy han jordkloden alene videre varmluftsballong, og gjorde det samme på et fly på 67 timer og 2 minutter. Hvordan gjør han det

Fra forfatterens bok

«Dobrolyot» har det travelt I 2014 skulle Aeroflots lenge nærede planer om å lage et lavprisfly omsider bli til virkelighet 10. oktober ble det kjent at Aeroflot-konsernet hadde sitt eget lavprisflyselskap . Ny innenlands

Fra forfatterens bok

Anatoly Yurtaev: "et år har gått, flyturen er normal!" Sjefen for Angara Airlines om driften av An-148 Et år har gått siden et av de viktigste regionale flyselskapene i Øst-Sibir, Angara Airlines (en del av Eastland-gruppen av selskaper), ble

Under layoutprosessen ble tallregistre og skrivefeil i formler rettet. Presentert i et lesbart tabellformat.
Ivan Alexandrovich Korznikov
Realitetene til interstellare flyvninger

Folk har lenge drømt om å fly gjennom verdensrommet til andre stjerner, reise til andre verdener og møte ujordisk intelligens. Science fiction-forfattere skrev opp fjell av papir, og prøvde å forestille seg hvordan dette ville skje, de kom opp med en rekke teknikker som kunne gjøre disse drømmene til virkelighet. Men foreløpig er dette bare fantasier. La oss prøve å forestille oss hvordan en slik flytur kan se ut i virkeligheten.
Avstandene mellom stjernene er så store at lyset fra en stjerne til en annen beveger seg i årevis, og det beveger seg med svært høy hastighet Med =299 793 458 m/s. For å måle disse avstandene bruker astronomer en spesiell enhet - lysåret, som er lik avstanden som lyset reiser i 1 år: 1 St. år = 9,46 10 15 meter (dette er ca 600 en gang flere størrelser solsystemet). Astronomer har beregnet det i en kule med en radius 21.2 det er lysår rundt sola 100 stjerner inkludert i 72 stjernesystemer (doble, trippel, etc. systemer av nærliggende stjerner). Herfra er det lett å finne at det i gjennomsnitt er et romvolum per ett stjernesystem 539 kubikk lysår, og gjennomsnittlig avstand mellom stjernesystemer er ca 8.13 lysår. Den faktiske avstanden kan være mindre - for eksempel til stjernen nærmest solen, Proxima Centauri 4.35 St. l, men i alle fall innebærer interstellar flyging å dekke en avstand på minst flere lysår. Dette betyr at farten til stjerneskipet ikke må være mindre enn 0.1 c - da vil flyturen ta flere tiår og kan utføres av én generasjon astronauter.
Dermed bør farten til stjerneskipet være større 30 000 km/s For jordisk teknologi er dette fortsatt en uoppnåelig verdi - vi har knapt mestret hastigheter tusen ganger lavere. Men la oss anta at alle de tekniske problemene er løst, og stjerneskipet vårt har en motor (foton eller en annen) som er i stand til å akselerere romfartøyet til slike hastigheter. Vi er ikke interessert i detaljene i utformingen og funksjonen, bare én omstendighet er viktig for oss her: moderne vitenskap kjenner bare én måte å akselerere i det ytre rom - jetfremdrift, som er basert på oppfyllelsen av loven om bevaring av momentum til et system av kropper. Og det viktige her er at med en slik bevegelse beveger stjerneskipet (og enhver annen kropp) seg i verdensrommet, og samhandler fysisk med alt som er i det.
I sine fantasier har science fiction-forfattere kommet opp med forskjellige "hyperspace-hopp" og "subspace-overganger" fra ett punkt i rommet til et annet, utenom mellomliggende områder av rommet, men alt dette, i henhold til ideene til moderne vitenskap, har ingen sjanse. å bli realisert i virkeligheten. Moderne vitenskap har slått fast at i naturen er visse bevaringslover oppfylt: loven om bevaring av momentum, energi, ladning osv. Og med et "hyperspace-hopp" viser det seg at i et bestemt område av rommet er energien, momentumet og anklager om en fysisk kropp forsvinner ganske enkelt, det vil si at disse lovene ikke håndheves. Fra moderne vitenskaps synspunkt betyr dette at en slik prosess ikke kan gjennomføres. Og det viktigste er at det ikke er klart hva det er i det hele tatt, det er "hyperspace" eller "subspace", når den fysiske kroppen slutter å samhandle med kropper i det virkelige rommet. I den virkelige verden er det bare det som manifesterer seg i samspill med andre kropper (faktisk er rommet forholdet til eksisterende kropper), og dette betyr at en slik kropp faktisk vil slutte å eksistere – med alle de påfølgende konsekvenser. Så alt dette er fruktløse fantasier som ikke kan være gjenstand for seriøs diskusjon.
Så la oss anta at den eksisterende jetmotoren akselererte romskipet til den underlyshastigheten vi trenger, og med denne hastigheten beveger den seg i verdensrommet fra en stjerne til en annen. Noen aspekter ved en slik flytur har lenge vært diskutert av forskere (, ), men de vurderer hovedsakelig de ulike relativistiske effektene av en slik bevegelse, uten å ta hensyn til andre vesentlige aspekter ved interstellar flyging. Men realiteten er at det ytre rom ikke er et absolutt tomrom, det er et fysisk medium, som vanligvis kalles det interstellare mediet. Den inneholder atomer, molekyler, støvpartikler og andre fysiske legemer. Og romskipet må fysisk samhandle med alle disse kroppene, noe som blir et problem når man beveger seg i slike hastigheter. La oss se på dette problemet mer detaljert.
Astronomer som observerer radioutslipp fra det kosmiske miljøet og lysets passasje gjennom det, har funnet ut at det er atomer og molekyler av gasser i verdensrommet: disse er hovedsakelig hydrogenatomer N , hydrogenmolekyler H 2 (det er omtrent like mange av dem som det er atomer N ), heliumatomer Ikke (de inn 6 ganger mindre enn atomer N ), og atomer av andre grunnstoffer (for det meste karbon C, oksygen OM og nitrogen N ), som til sammen utgjør ca 1 % av alle atomer. Selv slike komplekse molekyler som CO 2, CH 4, HCN, H 2 O, NH 3, HCOOH og andre, men i små mengder (det er milliarder av ganger mindre av dem enn atomer N ). Konsentrasjonen av interstellar gass er veldig liten og (langt fra gass- og støvskyer) gjennomsnittlig 0,5-0,7 atomer pr 1 cm 3.
Det er klart at når et stjerneskip beveger seg i et slikt miljø, vil denne interstellare gassen utøve motstand, bremse stjerneskipet og ødelegge skjellene. Derfor ble det foreslått å gjøre skaden til fordel og lage en ramjet-motor, som ved å samle interstellar gass (og den er på 94 % består av hydrogen) og å utslette den med antimateriereservene om bord, vil dermed motta energi til stjerneskipets bevegelse. I følge forfatternes prosjekt skal det foran stjerneskipet være en ioniserende kilde (som skaper en elektron- eller fotonstråle som ioniserer de innkommende atomene) og en magnetisk spole som fokuserer de resulterende protonene mot stjerneskipets akse, der de er brukes til å lage en fotonisk jetstrøm.
Dessverre, ved nærmere undersøkelse viser det seg at dette prosjektet ikke er gjennomførbart. For det første kan ikke en ioniserende stråle være elektron (som forfatterne insisterer på) av den enkle grunn at et stjerneskip som sender ut elektroner selv vil bli ladet med en positiv ladning, og før eller siden vil feltene som skapes av denne ladningen forstyrre driften av stjerneskips systemer. Hvis du bruker en fotonstråle, så (men som for en elektronstråle), kommer saken ned til det lille tverrsnittet for fotoionisering av atomer. Problemet er at sannsynligheten for at et atom blir ionisert av et foton er veldig liten (så luften blir ikke ionisert av kraftige laserstråler). Det uttrykkes kvantitativt ved ioniseringstverrsnittet, som er numerisk lik forholdet mellom antall ioniserte atomer og fotonflukstettheten (antall innfallende fotoner pr. 1 cm 2 per sekund). Fotoionisering av hydrogenatomer begynner ved fotonenergi 13.6 elektronvolt= 2.18·10 -18 J (bølgelengde 91.2 nm), og ved denne energien er fotoioniseringstverrsnittet maksimalt og lik 6,3·10 -18 cm 2 (s. 410). Dette betyr at det tar i gjennomsnitt for å ionisere ett hydrogenatom 1,6 10 17 fotoner per cm 2 per sekund. Derfor må kraften til en slik ioniserende stråle være gigantisk: hvis stjerneskipet beveger seg med en hastighet v deretter for 1 For ett øyeblikk 1 cm 2 av overflaten flyr rv kolliderende atomer, hvor r - konsentrasjon av atomer, som i vårt tilfelle av nærlysbevegelse vil være av størrelsesorden rv=0,7·3·10 10 =2·10 10 atomer per sekund 1 cm 2. Dette betyr at fluksen av ioniserende fotoner ikke må være mindre n= 2·10 10 / 6,3·10 -18 =3·10 27 1/cm 2 s. Energien som bæres av en slik strøm av fotoner vil være lik e=2,18·10 -18 ·3·10 27 =6,5·10 9 J/cm2 s.
I tillegg, i tillegg til hydrogenatomer, vil det samme antall molekyler fly inn i romskipet H 2 , og deres ionisering skjer ved fotonenergi 15.4 eV (bølgelengde 80.4 nm). Dette vil kreve omtrent en dobling av strømningseffekten, og den totale strømningseffekten bør være e=1,3·10 10 J/cm2. Til sammenligning kan vi påpeke at fluksen av fotonenergi på overflaten av solen er lik 6.2 10 3 J/cm 2 s, det vil si at romfartøyet skal skinne to millioner ganger sterkere enn solen.
Siden energien og momentumet til et foton er relatert av forholdet E=rs , da vil denne strømmen av fotoner ha momentum р=еS/с Hvor S - masseinntaksområde (ca 1000 m 2), som vil være 1,3 10 10 10 7 / 3 10 8 =4,3 10 8 Kg·m/s, og denne impulsen rettes mot farten og bremser romskipet. Faktisk viser det seg at det er en fotonmotor foran stjerneskipet og skyver den i motsatt retning - det er klart at en slik push-pull ikke vil fly langt.
Dermed er ionisering av innfallende partikler for dyrt, og moderne vitenskap kjenner ingen annen måte å konsentrere interstellare gasser på. Men selv om en slik metode blir funnet, vil ramjetmotoren fortsatt ikke rettferdiggjøre seg selv: Zenger viste også (s. 112) at skyvemengden til en ramjet fotonisk jetmotor er ubetydelig og den kan ikke brukes til å akselerere en rakett med høy akselerasjon. Faktisk vil den totale tilstrømningen av masse av innfallende partikler (hovedsakelig hydrogenatomer og molekyler) være dm=3m p Srv=3 1,67 10 -27 10 7 2 10 10 =10 -9 Kg/s. Ved utslettelse vil denne massen frigjøre et maksimum W=mc 2 = 9 10 7 J/s, og hvis all denne energien brukes på dannelsen av en fotonjetstrøm, vil økningen i farten til stjerneskipet per sekund være dр=W/c=9·107/3·108 =0,3 Kg m/s, som tilsvarer en skyvekraft på 0.3 Newton. Med omtrent samme kraft trykker en liten mus på bakken, og det viser seg at fjellet har født en mus. Derfor gir det ikke mening å designe ramjet-motorer for interstellare flyvninger.

Av det ovenstående følger det at det ikke vil være mulig å avlede de innkommende partiklene til det interstellare mediet, og stjerneskipet vil måtte akseptere dem med kroppen sin. Dette fører til noen krav til utformingen av stjerneskipet: foran det må det være en skjerm (for eksempel i form av et konisk deksel), som vil beskytte hovedkroppen mot effekten av kosmiske partikler og stråling. Og bak skjermen skal det være en radiator som fjerner varme fra skjermen (og samtidig fungerer som en sekundær skjerm), festet til hoveddelen av romskipet med varmeisolerende bjelker. Behovet for en slik utforming forklares av det faktum at de innfallende atomene har høy kinetisk energi de vil trenge dypt inn i skjermen og, bremse i den, spre denne energien i form av varme. For eksempel i flyhastighet 0,75 c energien til et hydrogenproton vil være ca 500 MeV - i kjernefysiske enheter, som tilsvarer 8·10 -11 J. Den vil trenge gjennom skjermen til en dybde på flere millimeter og overføre denne energien til vibrasjoner av skjermatomene. Og slike partikler vil fly rundt 2 10 10 atomer og samme antall hydrogenmolekyler per sekund pr 1 cm 2, det vil si hvert sekund for 1 2 cm skjermflate vil bli levert 4.8 J av energi omdannet til varme. Men problemet er at i verdensrommet kan denne varmen bare fjernes ved å sende ut elektromagnetiske bølger inn i det omkringliggende rommet (det er ingen luft eller vann der). Dette betyr at skjermen vil varmes opp til den blir termisk elektromagnetisk stråling vil ikke være lik kraften som kommer fra de innfallende partiklene. Termisk stråling av elektromagnetisk energi fra et legeme bestemmes av Stefan-Boltzmann-loven, ifølge hvilken energien som sendes ut per sekund med 1 cm 2 overflate er lik q=sТ 4 Hvor s=5,67·10 -12 J/cm 2 K 4 er Stefans konstant, og T - kroppsoverflatetemperatur. Betingelsen for å etablere likevekt vil være sТ 4 =Q Hvor Q - innkommende strøm, det vil si at skjermtemperaturen vil være T=(Q/s) 1/4 . Ved å erstatte de tilsvarende verdiene i denne formelen, finner vi at skjermen vil varmes opp til en temperatur 959 o K = 686 o C. Det er klart at ved høye hastigheter vil denne temperaturen bli enda høyere. Dette betyr for eksempel at skjermen ikke kan være laget av aluminium (smeltepunktet er kun 660 o C), og det må være termisk isolert fra hoveddelen av romskipet - ellers vil borommene bli uakseptabelt varme. Og for å lette det termiske regimet til skjermen, er det nødvendig å feste en radiator med en stor strålingsoverflate (kan være laget av aluminium), for eksempel i form av et cellulært system av langsgående og tverrgående ribber, mens tverrribbene vil samtidig tjene som sekundære skjermer, og beskytte de levende rommene mot fragmenter og bremsstrahlung strålingspartikler som faller inn i skjermen, etc.

Men beskyttelse mot atomer og molekyler er ikke hovedproblemet ved interstellar flyvning. Astronomer, som observerer absorpsjonen av lys fra stjerner, har bestemt at det er en betydelig mengde støv i det interstellare rommet. Slike partikler, som sterkt sprer og absorberer lys, har dimensjoner 0.1-1 mikron og masse av ordren 10 -13 g, og deres konsentrasjon er mye mindre enn konsentrasjonen av atomer og er omtrent lik r=10 -12 1/cm 3 å dømme etter deres tetthet ( 1 g/cm 3) og brytningsindeks ( n=1.3 ) de er hovedsakelig snøballer som består av frosne kosmiske gasser (hydrogen, vann, metan, ammoniakk) med en blanding av fast karbon og metallpartikler. Tilsynelatende er det fra dem at kjernene til kometer med samme sammensetning dannes. Og selv om disse burde være ganske løse formasjoner, kan de ved nærlyshastigheter forårsake stor skade.
Ved slike hastigheter begynner relativistiske effekter å manifestere seg sterkt, og den kinetiske energien til kroppen i det relativistiske området bestemmes av uttrykket

Som man kan se, øker energien til en kropp kraftig når v nærmer seg lysets hastighet c: Så, med en hastighet 0.7 med et støvkorn m=10-13 g har kinetisk energi 3.59 J (se tabell 1) og å slå den på skjermen tilsvarer en eksplosjon i den på ca 1 mg TNT. I fart 0.99 denne støvflekken vil ha energi 54.7 J, som kan sammenlignes med energien til en kule avfyrt fra en Makarov-pistol ( 80 J). Ved slike hastigheter viser det seg at hver kvadratcentimeter av skjermoverflaten kontinuerlig skytes mot av kuler (og eksplosive) med en frekvens 12 skudd per minutt. Det er klart at ingen skjerm vil tåle slik eksponering over flere års flytur.

Tabell 1 Energiforhold

0.1 4,73 4,53 10 14 1,09 10 5 0.2 19,35 1,85 10 15 4,45 10 5 0.3 45,31 4,34 10 15 1,04 10 6 0.4 85,47 8,19 10 15 1,97 10 6 0.5 145,2 1,39 10 16 3,34 10 6 0.6 234,6 2,25 10 16 5,40 10 6 0.7 375,6 3,59 10 16 8,65 10 6 0.8 625,6 5,99 10 16 1,44 10 7 0.9 1214 1,16 10 17 2,79 10 7 0.99 5713 5,47 10 17 1,31 10 8 0.999 20049 1,92 10 18 4,62 10 8

v/c	1/(1-v 2 /c 2) 1/2	E s	K	T
1.005
1.020
1.048
1.091
1.155
1.25
1.40
1.667
2.294
7.089
22.37

Betegnelser: E r - kinetisk energi til et proton i MeV TIL - kinetisk energi på 1 kg stoff i J T - TNT tilsvarende et kilo i tonn TNT.

For å vurdere konsekvensene av at en partikkel treffer en overflate, kan du bruke formelen foreslått av F. Whipple, en ekspert på disse spørsmålene (s. 134), ifølge hvilken dimensjonene til det resulterende krateret er lik

Hvor d - tetthet av skjermstoffet, Q - dens spesifikke fusjonsvarme.

Men her må vi huske på at vi faktisk ikke vet hvordan støvpartikler vil påvirke skjermmaterialet ved slike hastigheter. Denne formelen er gyldig for lave anslagshastigheter (i størrelsesorden 50 km/s eller mindre), og ved støthastigheter nær lys, bør de fysiske prosessene med støt og eksplosjon forløpe helt annerledes og mye mer intense. Man kan bare anta at på grunn av relativistiske effekter og den store tregheten til støvkornmaterialet, vil eksplosjonen bli rettet dypt inn i skjermen, som en kumulativ eksplosjon, og vil føre til dannelsen av et mye dypere krater. Den gitte formelen gjenspeiler generelle energiforhold, og vi antar at den er egnet for å vurdere resultatene av en påvirkning og for nærlyshastigheter.
Tilsynelatende er det beste materialet for skjermen titan (på grunn av dens lave tetthet og fysiske egenskaper), som d=4.5 g/cm 3 og Q=315 KJ/Kg, som gir

d=0,00126· E 1/3 meter

På v=0.1 c vi får E=0.045 J og d=0,00126·0,356=0,000448 m= 0.45 mm. Det er lett å finne det etter å ha gått gjennom 1 lysår, vil stjerneskipskjermen møtes n=rs=10 -12 ·9,46·10 17 =10 6 støvflekker for hver cm 2, og hver 500 støvpartikler vil fjerne et lag 0.448 mm skjerm. Så etter 1 lysår med reise vil skjermen bli slettet av tykkelsen 90 cm Det følger at for flyging ved slike hastigheter, for eksempel til Proxima Centauri (bare der), bør skjermen ha en tykkelse på ca. 5 meter og masse ca 2.25 tusen tonn. I høye hastigheter vil situasjonen være enda verre:

Tabell 2 Tykkelse X titan, slettbar 1 lysårsreise

0.1 0.448 0.9 0.2 0.718 3.66 0.3 0.955 9.01 0.4 1.178 16.4 0.5 1.41 27.6

v/c	E	d mm	X m
0.045
0.185
0.434
0.818
1.39

. . .

Som man kan se, når v/c >0.1 skjermen må ha en uakseptabel tykkelse (titils og hundrevis av meter) og masse (hundre tusenvis av tonn). Egentlig vil da romfartøyet hovedsakelig bestå av denne skjermen og drivstoffet, som vil kreve flere millioner tonn. På grunn av disse omstendighetene er det umulig å fly med slike hastigheter.

Den betraktede slitende effekten av kosmisk støv uttømmer faktisk ikke hele spekteret av påvirkninger som et romskip vil bli utsatt for under interstellar flyging. Det er åpenbart at i det interstellare rommet er det ikke bare støvkorn, men også kropper av andre størrelser og masser, men astronomer kan ikke direkte observere dem på grunn av det faktum at selv om størrelsene deres er større, er de selv mindre, så de lager ikke et betydelig bidrag til absorpsjon av stjernelys (støvkornene som ble diskutert tidligere har en størrelse i størrelsesorden bølgelengden til synlig lys og absorberer og sprer det derfor sterkt, og det er ganske mange av dem, og det er derfor astronomer hovedsakelig observerer dem ).
Men vi kan få en idé om kropper i det store rommet fra kropper som vi observerer i solsystemet, inkludert nær Jorden. Faktisk, som målinger viser, beveger solsystemet seg i forhold til nabostjerner omtrent i retning Vega med en hastighet 15.5 km/s, noe som betyr at den for hvert sekund feier opp flere og flere nye volumer av verdensrommet sammen med innholdet. Selvfølgelig kom ikke alt i nærheten av solen utenfra, mange kropper var opprinnelig elementer i solsystemet (planeter, asteroider, mange meteorregn). Men astronomer har mer enn en gang observert for eksempel flukten til noen kometer som ankom fra det interstellare rommet og fløy tilbake dit. Dette betyr at det er veldig store kropper der (som veier millioner og milliarder av tonn), men de er svært sjeldne. Det er klart at kropper av nesten hvilken som helst masse kan møtes der, men med forskjellige sannsynligheter. Og for å estimere sannsynligheten for å møte ulike kropper i det interstellare rommet, må vi finne fordelingen av slike kropper etter masse.
Først av alt må du vite hva som skjer med kropper når de er i solsystemet. Dette spørsmålet er godt studert av astrofysikere, og de har funnet ut at levetiden til ikke veldig store kropper i solsystemet er svært begrenset. Dermed små partikler og støvpartikler med masse mindre enn 10 -12 g blir rett og slett presset ut av solsystemet av strømmer av lys og protoner fra solen (som man kan se i halene til kometer). For større partikler er resultatet det motsatte: Som et resultat av den såkalte Poynting-Robertson-effekten faller de mot Solen, og faller gradvis ned mot den i en spiral over en periode på rundt flere titusener av år.
Dette betyr at de sporadiske partiklene og mikrometeorittene som ble observert i solsystemet (ikke relatert til dets egne meteorregn) kom inn i det fra det omkringliggende rommet, siden dets egne partikler av denne typen for lengst er forsvunnet. Derfor kan den ønskede avhengigheten finnes fra observasjoner av sporadiske partikler i selve solsystemet. Slike observasjoner har blitt utført i lang tid, og forskere har kommet til den konklusjon (,) at loven om fordeling av kosmiske kropper etter masse har formen N(M)=NO/M i Direkte målinger for sporadiske meteorer i masseområdet fra 10 -3 før 10 2 g (s. 127) er gitt for flukstettheten til meteorer med en masse på mer enn M gram avhengighet

F( M)=Ф(1)/ M 1.1

De mest pålitelige resultatene på dette spørsmålet ble oppnådd fra målinger av mikrokratere dannet på overflatene til romfartøyer (s. 195), de gir også k=1.1 i masseområdet fra 10 -6 før 10 5 d. For mindre masser gjenstår det å anta at denne fordelingen også gjelder for dem. For størrelsen på partikkelfluksen er mer massiv 1 G forskjellige mål gi verdier 10 -15 1) 2·10 -14 1/m 2 s, og siden størrelsen på strømmen er relatert til den romlige tettheten til legemer ved relasjonen Ф=rv , så herfra kan vi finne at konsentrasjonen i rommet av kropper med en masse på mer enn M er gitt av formelen

r( M)=r1/M 1.1

hvor er parameteren r 1 kan bli funnet ved å ta gjennomsnittshastigheten til sporadiske meteorpartikler til å være v=15 km/s (som man kan se av P. Millmans målinger), da r1 =Ф(1)/v viser seg å være lik i gjennomsnitt 5·10 -25 1/cm 3.
Fra den resulterende fordelingen kan vi finne at konsentrasjonen av partikler hvis masse er større 0.1 g er i gjennomsnitt lik r(0.1)=r 1· (10) · 1,1=6,29 · 10 -24 1/cm 3, som betyr at på vei til 1 stjerneskipet møter et lysår kl 1 cm 2 flater n=rs=5,9·10 -6 slike partikler som med et samlet areal S=100 m 2 = 10 6 cm 2 blir ikke mindre 5 partikler er mer massive 0.1 g over hele tverrsnittet av stjerneskipet. Og hver slik partikkel v=0.1 c har mer energi 4,53 10 10 J, som tilsvarer en kumulativ eksplosjon 11 tonn TNT. Selv om skjermen tåler dette, så er dette hva som vil skje videre: siden partikkelen neppe treffer nøyaktig midten av skjermen, vil det i eksplosjonsøyeblikket dukke opp en kraft som snur stjerneskipet rundt massesenteret . For det første vil det endre flyretningen litt, og for det andre vil det snu romskipet og utsette siden for den motgående strømmen av partikler. Og stjerneskipet vil raskt bli revet i stykker av dem, og hvis det er antimateriereserver om bord, vil alt ende i en serie utslettelseseksplosjoner (eller én stor eksplosjon).
Noen forfattere uttrykker håp om at det er mulig å unngå en farlig meteoritt. La oss se hvordan det vil se ut ved underlyshastighet v=0.1 c. Meteorittvekt 0.1 g har en størrelse på ca. 2 mm og energiekvivalent 10.9 tonn TNT. Å treffe stjerneskipet vil resultere i en dødelig eksplosjon, og du må unngå den. La oss anta at stjerneskipets radar er i stand til å oppdage en slik meteoritt på avstand X=1000 km - selv om det ikke er klart hvordan dette skal gjøres, siden på den ene siden må radaren være foran skjermen for å utføre sin funksjon, og på den andre siden bak skjermen for ikke å bli ødelagt ved strømmen av innkommende partikler.
Men la oss si, da i tide t = x/v = 0.03 sekunder må stjerneskipet reagere og avvike en avstand på= 5 m (teller diameteren til stjerneskipet 10 meter). Dette betyr at den må få fart i tverrretningen u=y/t - igjen over tid t , det vil si at akselerasjonen ikke må være mindre a=y/t 2 = 150 m/s 2. Dette er akselerasjonen i 15 ganger mer enn normalt, og ingen av mannskapet, og mange av romskipets instrumenter, vil ikke kunne tåle det. Og hvis massen til stjerneskipet er ca 50 000 tonn, så vil dette kreve kraft F=am= 7,5 10 9 newton. En slik kraft i en tid på tusendeler av et sekund kan bare oppnås ved å utføre en kraftig eksplosjon på et romskip: med en kjemisk eksplosjon oppnås et trykk i størrelsesorden 10 5 atmosfærer= 10 10 Newton/m 2 og den vil kunne snu romskipet til siden. Det vil si, for å unngå eksplosjonen må du sprenge romskipet...
Dermed, selv om det er mulig å akselerere romskipet til underlyshastighet, vil det ikke nå sitt endelige mål – det vil være for mange hindringer på vei. Derfor kan interstellare flyvninger bare utføres med betydelig lavere hastigheter, i størrelsesorden 0.01 s eller mindre. Dette betyr at koloniseringen av andre verdener kan skje i sakte tempo, siden hver flytur vil ta hundrevis og tusenvis av år, og for dette vil det være nødvendig å sende store kolonier av mennesker til andre stjerner, i stand til å eksistere og utvikle seg uavhengig. En liten asteroide laget av frossen hydrogen kunne være egnet for et slikt formål: en by av passende størrelse kunne bygges inne i den, hvor astronauter ville bo, og selve asteroidematerialet ville bli brukt som drivstoff for et termonukleært kraftverk og motor. Moderne vitenskap kan ikke tilby andre måter å utforske verdensrommet på.
Det er bare ett positivt aspekt i alt dette: invasjonen av horder av aggressive romvesener truer ikke jorden - dette er en for komplisert sak. Men den andre siden av mynten er at det ikke vil være mulig å komme til verdener der det er "brødre i tankene" i løpet av de neste titusenvis av årene. Derfor er den raskeste måten å oppdage romvesener å etablere kommunikasjon ved hjelp av radiosignaler eller andre signaler.

Bibliografi

1. Novikov I.D. Relativitetsteori og interstellare flyvninger - M.: Knowledge, 1960
2. Perelman R.G. Mål og måter for romutforskning - M.: Nauka, 1967
3. Perelman R.G. Motorer til galaktiske skip - M.: utg. USSR Academy of Sciences, 1962
4. Burdakov V.P., Danilov Yu.I. Eksterne ressurser og astronautikk - M.: Atomizdat, 1976
5. Zenger E., Om mekanikken til fotonraketter - M.: red. Utenlandsk litteratur, 1958
6. Zakirov U.N. Mekanikk for relativistiske romflyvninger - M.: Nauka, 1984
7. Allen K.W. Astrofysiske størrelser - M.: Mir, 1977
8. Martynov D.Ya. Kurs i generell astrofysikk - M.: Nauka, 1971
9. Fysiske mengder (Håndbok) - M.: Energoatomizdat, 1991
10. Burdakov V.P., Siegel F.Yu. Fysisk grunnlag for astronautikk (romfysikk) - M.: Atomizdat, 1974
11. Spitzer L. Space between the stars - M.: Mir, 1986.
12. Lebedinets V.M. Aerosol i den øvre atmosfæren og kosmisk støv - L.: Gidrometeoizdat, 1981
13. Babajanov P.B. Meteorer og deres observasjon - M.: Nauka, 1987
14. Akishin A.I., Novikov L.S. innvirkning miljø om romfartøysmaterialer - M.: Knowledge, 1983

__________________________________________________ [innholdsfortegnelse]

Optimalisert for Internet Explorer 1024X768
middels skriftstørrelse
Design av A Semenov

Den 12. april 2016 kunngjorde den berømte britiske fysikeren Stephen Hawking og den russiske forretningsmannen og filantropen Yuri Milner bevilgningen på 100 millioner dollar for å finansiere prosjektet Gjennombrudd Starshot. Målet med prosjektet var å utvikle teknologier for å lage romfartøyer som er i stand til å foreta en interstellar flytur til Alpha Centauri.

Tusenvis av science fiction-romaner beskriver gigantiske fotonstjerneskip på størrelse med en liten (eller stor) by, som drar for interstellar flukt fra planetens bane (sjeldnere, fra jordens overflate). Men ifølge forfatterne av prosjektet, Gjennombrudd Starshot, vil alt skje helt annerledes: På en betydelig dag vil to tusen av et år, ikke ett eller to, men hundrevis og tusenvis av små romskip på størrelse med en fingernegl og veie 1 g skytes mot en av de nærmeste stjernene, Alpha Centauri. Og hver av dem vil ha et tynt solseil med et areal på 16 m 2, som vil frakte romskipet med stadig økende hastighet fremover - til stjernene.

"Skutt til stjernene"

Grunnlaget for prosjektet Gjennombrudd Starshot var en artikkel av UC Santa Barbara fysikkprofessor Philip Lubin, "A Plan for Interstellar Flight" ( Et veikart til Interstellar Flight). Hovedmålet med prosjektet er å gjøre interstellare flyvninger mulig i løpet av levetiden til neste generasjon mennesker, det vil si ikke om århundrer, men om tiår.

Umiddelbart etter den offisielle kunngjøringen av programmet Stjerneskudd Forfatterne av prosjektet ble rammet av en bølge av kritikk fra forskere og tekniske spesialister på ulike felt. Kritiske eksperter bemerket mange feilvurderinger og ganske enkelt "blanke flekker" i programplanen. Noen kommentarer ble tatt i betraktning og flyplanen ble litt justert i første iterasjon.

Så den interstellare sonden vil være en romseilbåt med en elektronisk modul StarChip veier 1 g, koblet med kraftige stropper til et solseil med et areal på 16 m 2, en tykkelse på 100 nm og en masse på 1 g Selvfølgelig er ikke sollyset nok til å akselerere en slik lett struktur til hastigheter der interstellar reise ikke vil vare i årtusener. Derfor er det viktigste høydepunktet i prosjektet StarShot- Dette er overklokking ved hjelp av kraftig laserstråling, som fokuserer på seilet. Lubin anslår at med en laserstråleeffekt på 50–100 GW vil akselerasjonen være omtrent 30 000 g, og i løpet av få minutter vil sonden nå en hastighet på 20 % av lyset. Flyturen til Alpha Centauri vil vare i rundt 20 år.

Ubesvarte spørsmål: en bølge av kritikk

Philip Lubin gir i sin artikkel numeriske estimater av punktene i planen, men mange forskere og spesialister er svært kritiske til disse dataene.

Selvfølgelig å utvikle et så ambisiøst prosjekt som Gjennombrudd Starshot, det tar år med arbeid, og 100 millioner dollar er ikke et så stort beløp for arbeid av denne skalaen. Dette gjelder spesielt infrastruktur på bakken - en faset rekke laseremittere. Å installere en slik kapasitet (50–100 GW) vil kreve en gigantisk mengde energi, det vil si at minst et dusin store kraftverk må bygges i nærheten. I tillegg vil det være nødvendig å fjerne en enorm mengde varme fra emitterne over flere minutter, og hvordan du gjør dette er fortsatt helt uklart. Det er slike ubesvarte spørsmål i prosjektet Gjennombrudd Starshot et enormt beløp, men så langt har arbeidet så vidt begynt.

"Det vitenskapelige rådet for prosjektet vårt inkluderer ledende eksperter, forskere og ingeniører innen ulike relevante felt, inkludert to nobelprisvinnere," sier Yuri Milner. – Og jeg har hørt veldig balanserte vurderinger av gjennomførbarheten av dette prosjektet. Når vi gjør det, stoler vi absolutt på den samlede ekspertisen til alle medlemmene av vårt vitenskapelige råd, men samtidig er vi åpne for bredere vitenskapelig diskusjon."

Under stjerneseilene

En av de viktigste detaljene i prosjektet er solseilet. I originalversjonen var seilarealet i utgangspunktet kun 1 m 2, og på grunn av dette tålte det ikke oppvarming under akselerasjon i laserstrålingsfeltet. Den nye versjonen bruker et seil med et areal på 16 m2, så det termiske regimet, selv om det er ganske alvorlig, vil, ifølge foreløpige estimater, ikke smelte eller ødelegge seilet. Som Philip Lubin selv skriver, er det planlagt å bruke ikke metalliserte belegg, men helt dielektriske flerlagsspeil som grunnlag for seilet: «Slike materialer er preget av en moderat refleksjonskoeffisient og ekstremt lav absorpsjon. La oss si at optiske briller for fiberoptikk er designet for høye lysstrømmer og har en absorpsjon på omtrent tjue billioner per 1 mikron tykkelse." Det er ikke lett å oppnå en god refleksjonskoeffisient fra et dielektrikum med en seiltykkelse på 100 nm, som er mye mindre enn bølgelengden. Men prosjektets forfattere har et visst håp om å bruke nye tilnærminger, for eksempel monolag av metamateriale med negativ brytningsindeks.

Solseil

Et av hovedelementene i prosjektet er et solseil med et areal på 16 m2 og en masse på kun 1 g. Seilmaterialet er flerlags dielektriske speil som reflekterer 99,999 % av det innfallende lyset (ifølge foreløpige beregninger, dette. bør være nok til å forhindre at seilet smelter i et strålingsfelt på 100 GW laser). En mer lovende tilnærming, som gjør det mulig å gjøre seilets tykkelse mindre enn bølgelengden til reflektert lys, er å bruke et monolag av metamateriale med negativ brytningsindeks som basis for seilet (et slikt materiale har også nanoperforering, som ytterligere reduserer massen). Det andre alternativet er å bruke et materiale som ikke har høy refleksjonskoeffisient, men med lav absorpsjonskoeffisient (10 −9), for eksempel optiske materialer for lysledere.

"Du må også vurdere at refleksjonen fra dielektriske speil er innstilt til et smalt bølgelengdeområde, og når sonden akselererer, forskyver dopplereffekten bølgelengden med mer enn 20 %," sier Lubin. – Vi tok hensyn til dette, så reflektoren vil bli justert til cirka tjue prosent av strålingsbåndbredden. Vi designet slike reflekser. Om nødvendig er reflektorer med større båndbredder også tilgjengelig.»

Laser maskin

Hovedkraftverket til romskipet vil ikke fly til stjernene - det vil ligge på jorden. Dette er en bakkebasert faset serie av laseremittere som måler 1×1 km. Den totale lasereffekten bør være fra 50 til 100 GW (dette tilsvarer kraften til 10–20 Krasnoyarsk vannkraftverk). Det er ment å bruke fasing (det vil si å endre fasene på hver enkelt emitter) for å fokusere stråling med en bølgelengde på 1,06 μm fra hele gitteret til et punkt med en diameter på flere meter på avstander opp til mange millioner kilometer (den maksimal fokuseringsnøyaktighet er 10 −9 radianer). Men slik fokusering er sterkt hemmet av den turbulente atmosfæren, som gjør strålen uskarp til et punkt på omtrent størrelse med et buesekund (10 −5 radianer). Forbedringer på fire størrelsesordener forventes å oppnås ved bruk av adaptiv optikk (AO), som vil kompensere for atmosfæriske forvrengninger. Beste systemer adaptiv optikk i moderne teleskoper reduserer uskarphet til 30 millisekunder av bue, det vil si at det fortsatt er omtrent to og en halv størrelsesorden igjen til det tiltenkte målet. "For å overvinne småskala atmosfærisk turbulens, må den fasede matrisen brytes ned i svært små elementer, størrelsen på det emitterende elementet for vår bølgelengde bør ikke være mer enn 20–25 cm," forklarer Philip Lubin. – Dette er minst 20 millioner emittere, men et slikt tall skremmer meg ikke. Til tilbakemelding I AO-systemet planlegger vi å bruke mange referansekilder - beacons - både på sonden, og på moderskipet, og i atmosfæren. I tillegg vil vi spore sonden på vei til målet. Vi ønsker også å bruke stjernene som en bøye for å justere innfasingen av matrisen når vi mottar signalet fra sonden ved ankomst, men vil spore sonden for å være sikker.»

Ankomst

Men så ankom sonden til Alpha Centauri-systemet, fotograferte omgivelsene til systemet og planeten (hvis det er noen). Denne informasjonen må på en eller annen måte overføres til jorden, og kraften til sondens lasersender er begrenset til noen få watt. Og fem år senere dette svakt signal må aksepteres på jorden, og isolere stjerner fra bakgrunnsstrålingen. Ifølge forfatterne av prosjektet manøvrerer sonden mot målet på en slik måte at seilet blir til en Fresnel-linse, og fokuserer sondesignalet i retning av jorden. Det er anslått at et ideelt objektiv med ideell fokusering og ideell orientering forsterker et 1 W-signal til 10 13 W isotropisk ekvivalent. Men hvordan kan vi vurdere dette signalet på bakgrunn av mye kraftigere (med 13–14 størrelsesordener!) stråling fra stjernen? "Lyset fra stjernen er faktisk ganske svakt fordi linjebredden til laseren vår er veldig liten. En smal linje er en nøkkelfaktor for å redusere bakgrunn, sier Lubin. – Ideen om å lage en Fresnel-linse av et seil basert på et tynnfilmdiffraktivt element er ganske kompleks og krever mye forarbeid for å forstå nøyaktig hvordan dette best kan gjøres. Dette punktet er faktisk et av hovedpunktene i vår prosjektplan.»

Interstellar flyvning er ikke et spørsmål om århundrer, men om tiår

Yuri Milner ,
russisk forretningsmann og filantrop,
Grunnlegger av Breakthrough Initiatives:

I løpet av de siste 15 årene har det skjedd betydelige, kan man si, revolusjonerende fremskritt innen tre teknologiske områder: miniatyrisering av elektroniske komponenter, etablering av en ny generasjon materialer, og også reduksjon i kostnader og økning i laserkraft. Kombinasjonen av disse tre trendene fører til den teoretiske muligheten for å akselerere en nanosatellitt til nesten relativistiske hastigheter. På den første fasen (5–10 år) planlegger vi å gjennomføre en mer dyptgående vitenskapelig og ingeniørstudie for å forstå hvor gjennomførbart dette prosjektet er. På prosjektets nettside er det en liste over ca 20 alvorlige tekniske problemer, uten å løse som vi ikke vil kunne komme videre. Dette er ikke en endelig liste, men basert på vurderingen fra det vitenskapelige rådet, mener vi at første fase av prosjektet har tilstrekkelig motivasjon. Jeg vet at stjerneseilprosjektet er gjenstand for alvorlig kritikk fra eksperter, men jeg tror at enkelte kritiske eksperters posisjon er forbundet med en ikke helt nøyaktig forståelse av hva vi egentlig foreslår. Vi finansierer ikke en flytur til en annen stjerne, men snarere realistisk flerbruksutvikling knyttet til ideen om en interstellar sonde bare i en generell retning. Disse teknologiene vil bli brukt både for flyvninger i solsystemet og for beskyttelse mot farlige asteroider. Men å sette et så ambisiøst strategisk mål som interstellar flyging virker berettiget i den forstand at utviklingen av teknologi de siste 10-20 årene sannsynligvis gjør implementeringen av et slikt prosjekt ikke et spørsmål om århundrer, som mange antok, men snarere om tiår.

På den annen side er en faset rekke optiske sendere/strålingsmottakere med en total blenderåpning på en kilometer et instrument som er i stand til å se eksoplaneter fra avstander på titalls parsecs. Ved å bruke avstembare bølgelengdemottakere kan sammensetningen av atmosfæren til eksoplaneter bestemmes. Er det i det hele tatt behov for sonder i dette tilfellet? "Visst, å bruke en faset oppstilling som et veldig stort teleskop åpner for nye muligheter innen astronomi. Men, legger Lubin til, vi planlegger å legge til et infrarødt spektrometer til sonden som et langsiktig program i tillegg til kameraet og andre sensorer. Vi har en flott fotonikkgruppe ved UC Santa Barbara som er en del av samarbeidet.»

Men uansett, ifølge Lubin, vil de første flyvningene foretas innenfor solsystemet: «Fordi vi kan sende et enormt antall sonder, gir dette oss mange forskjellige muligheter. Vi kan også sende lignende små ( wafer-skala, det vil si på en brikke) sonderer på konvensjonelle raketter og bruker de samme teknologiene for å studere jorden eller planetene og deres satellitter i solsystemet."

Redaktørene takker avisen "Troitsky Option - Science" og dens sjefredaktør Boris Stern for deres hjelp med å utarbeide artikkelen.

Og forlot solsystemet; Nå brukes de til å studere interstellart rom. På begynnelsen av det 21. århundre er det ingen stasjoner hvis direkte oppgave ville være å fly til de nærmeste stjernene.

Avstanden til nærmeste stjerne (Proxima Centauri) er omtrent 4 243 lysår, det vil si omtrent 268 tusen ganger avstanden fra Jorden til Solen.

Stjerneskipprosjekter drevet av trykket fra elektromagnetiske bølger

I 1971, i en rapport av G. Marx på et symposium i Byurakan, ble det foreslått å bruke røntgenlasere for interstellare flyvninger. Muligheten for å bruke denne typen fremdrift ble senere undersøkt av NASA. Som et resultat ble følgende konklusjon gjort: "Hvis muligheten for å lage en laser som opererer i røntgenbølgelengdeområdet blir funnet, kan vi snakke om reell utvikling fly(akselerert av strålen til en slik laser), som vil kunne dekke avstander til de nærmeste stjernene mye raskere enn alle kjente systemer med rakettmotorer. Beregninger viser at ved å bruke romsystemet som er vurdert i dette arbeidet, er det mulig å nå stjernen Alpha Centauri ... om omtrent 10 år."

I 1985 foreslo R. Forward utformingen av en interstellar sonde akselerert av mikrobølgeenergi. Prosjektet så for seg at sonden skulle nå de nærmeste stjernene om 21 år.

På den 36. internasjonale astronomiske kongressen ble et prosjekt for et laserstjerneskip foreslått, hvis bevegelse er gitt av energien til optiske lasere som ligger i bane rundt Merkur. I følge beregninger vil veien til et stjerneskip av denne designen til stjernen Epsilon Eridani (10,8 lysår) og tilbake ta 51 år.

Utslettelsesmotorer

Hovedproblemene identifisert av forskere og ingeniører som analyserte designene til utslettelsesraketter er å skaffe den nødvendige mengden antimaterie, lagre den og fokusere strømmen av partikler i ønsket retning. Det er indikert at den nåværende tilstanden til vitenskap og teknologi ikke engang teoretisk tillater opprettelsen av slike strukturer.

Ram-motorer drevet av interstellart hydrogen

Hovedkomponenten i massen til moderne raketter er massen av drivstoff som kreves av raketten for akselerasjon. Hvis vi på en eller annen måte kan bruke miljøet rundt raketten som arbeidsvæske og drivstoff, kan vi redusere rakettens masse betydelig og dermed oppnå høye hastigheter.

Generasjonsskip

Interstellar reise er også mulig ved å bruke stjerneskip som implementerer konseptet "generasjonsskip" (for eksempel som O'Neills kolonier, opprettes og vedlikeholdes en lukket biosfære som er i stand til å opprettholde og reprodusere seg selv i flere tusen år. Flyturen skjer i lav hastighet og tar veldig lang tid, hvor mange generasjoner astronauter klarer å forandre seg.

FTL fremdrift

Notater

se også

Kilder

Kolesnikov Yu V. Du bør bygge stjerneskip. M., 1990. 207 s. ISBN 5-08-000617-X.
http://www.gazeta.ru/science/2008/01/30_a_2613225.shtml?4 Forelesning om interstellare flyvninger, om akselerasjon på 100 km/sek nær stjerner

La oss si at jorden tar slutt. Solen er i ferd med å eksplodere, og en asteroide på størrelse med Texas nærmer seg planeten. Store byer er bebodd av zombier, og på landsbygda planter bønder mais intensivt fordi andre avlinger dør. Vi må raskt forlate planeten, men problemet er at ingen ormehull har blitt oppdaget i Saturn-regionen, og ingen superluminale motorer har blitt brakt fra en galakse langt, langt unna. Den nærmeste stjernen er mer enn fire lysår unna. Vil menneskeheten kunne oppnå det med moderne teknologi? Svaret er ikke så åpenbart.

Det er usannsynlig at noen vil hevde at en global miljøkatastrofe som vil true eksistensen av alt liv på jorden bare kan skje i filmene. Masseutryddelser har skjedd mer enn én gang på planeten vår, hvor opptil 90% av eksisterende arter døde. Jorden opplevde perioder med global istid, kolliderte med asteroider og gikk gjennom utbrudd av vulkansk aktivitet.

Selvfølgelig, selv under de fleste forferdelige katastrofer livet forsvant aldri helt. Men det samme kan ikke sies om den dominerende arten på den tiden, som døde ut og gjorde plass for andre. Hvem er den dominerende arten nå? Nøyaktig.

Det er sannsynlig at muligheten til å forlate hjemmet ditt og gå til stjernene på jakt etter noe nytt en dag kan redde menneskeheten. Vi skal imidlertid neppe håpe at noen kosmiske velgjørere vil åpne veien til stjernene for oss. Det er verdt å beregne hva våre teoretiske evner er for å nå stjernene på egen hånd.

Space Ark

Først av alt kommer tradisjonelle kjemiske trekkmotorer til tankene. For øyeblikket har fire jordiske kjøretøy (alle ble lansert tilbake på 1970-tallet) klart å utvikle en tredje rømningshastighet, tilstrekkelig til å forlate solsystemet for alltid.

Den raskeste av dem, Voyager 1, har beveget seg bort fra jorden til en avstand på 130 AU i løpet av de 37 årene siden lanseringen. (astronomiske enheter, det vil si 130 avstander fra jorden til solen). Hvert år kjører enheten omtrent 3,5 AU. Avstanden til Alpha Centauri er 4,36 lysår, eller 275 725 AU. Med denne hastigheten vil enheten ta nesten 79 tusen år å nå nabostjernen. Det blir mildt sagt lang ventetid.

Bilde av jorden (over pilen) fra en avstand på 6 milliarder kilometer, tatt av Voyager 1. Romfartøyet dekket denne avstanden på 13 år.

Du kan finne en måte å fly raskere på, eller du kan bare resignere og fly i flere tusen år. Da vil bare de fjerne etterkommerne av de som dro på reisen nå det endelige punktet. Dette er nettopp ideen om det såkalte generasjonsskipet - en romark, som er et lukket økosystem designet for en lang reise.

Det er mange forskjellige historier om generasjonsskip i science fiction. Harry Garrison («Captured Universe»), Clifford Simak («Generation Achieved»), Brian Aldiss («Non-Stop»), og mer moderne forfattere som Bernard Werber («Star Butterfly») skrev om dem. Ganske ofte glemmer fjerne etterkommere av de første innbyggerne helt hvor de fløy fra og hva formålet med reisen deres var. Eller til og med begynne å tro at alt eksisterende verden kommer ned til et skip, som for eksempel i Robert Heinleins roman Stepsons of the Universe. Et annet interessant plot er vist i den åttende episoden av den tredje sesongen av klassikeren Star Trek, der mannskapet på Enterprise prøver å forhindre en kollisjon mellom et generasjonsskip, hvis innbyggere har glemt oppdraget sitt, og den bebodde planeten som den til var på vei.

Fordelen med generasjonsskipet er at dette alternativet ikke vil kreve fundamentalt nye motorer. Det vil imidlertid være nødvendig å utvikle et selvopprettholdende økosystem som kan overleve uten eksterne forsyninger i mange tusen år. Og ikke glem at folk rett og slett kan drepe hverandre.

Biosphere-2-eksperimentet, utført på begynnelsen av 1990-tallet under en lukket kuppel, demonstrerte en rekke farer som kan vente mennesker under slike reiser. Dette inkluderer den raske inndelingen av teamet i flere grupper som er fiendtlige mot hverandre, og den ukontrollerte spredningen av skadedyr, som forårsaket mangel på oksygen i luften. Selv den vanlige vinden, som det viser seg, spiller viktig rolle- uten regelmessig gynging blir trær skjøre og knekker.

Teknologi som fordyper folk i langvarig suspendert animasjon vil bidra til å løse mange av problemene med langvarig flytur. Da er verken konflikter eller kjedsomhet skummelt, og livsstøttesystemet vil kreves minimalt. Det viktigste er å gi den energi i lang tid. For eksempel ved å bruke en atomreaktor.

Relatert til temaet for generasjonsskipet er et veldig interessant paradoks kalt Wait Calculation, beskrevet av forskeren Andrew Kennedy. I henhold til dette paradokset, i noen tid etter at den første generasjonsskipet har avgått, kan nye, raskere reisemåter bli oppdaget på jorden, slik at senere skip kan overta de opprinnelige nybyggerne. Så det er mulig at ved ankomsttidspunktet vil destinasjonen allerede være overbefolket av de fjerne etterkommerne av kolonisatorene som dro senere.

Installasjoner for suspendert animasjon i filmen "Alien".

Kjører på en atombombe

Anta at vi ikke er fornøyd med at etterkommerne av våre etterkommere vil nå stjernene, og at vi selv ønsker å utsette ansiktet vårt for strålene fra andres sol. I dette tilfellet kan man ikke klare seg uten et romskip som er i stand til å akselerere til hastigheter som vil levere det til en nabostjerne på mindre enn én menneskelig levetid. Og her vil den gode gamle atombomben hjelpe.

Ideen om et slikt skip dukket opp på slutten av 1950-tallet. Romfartøyet var beregnet på flyreiser innenfor solsystemet, men det kunne også brukes til interstellare reiser. Prinsippet for driften er som følger: en kraftig pansret plate er installert bak hekken. Kjernefysiske ladninger med lav effekt kastes jevnt ut fra romfartøyet i motsatt retning av flyturen, som detoneres på kort avstand (opptil 100 meter).

Ladningene er utformet på en slik måte at de fleste eksplosjonsproduktene er rettet mot halen på romfartøyet. Den reflekterende platen mottar impulsen og overfører den til skipet gjennom støtdempersystemet (uten den vil overbelastning være skadelig for mannskapet). Den reflekterende platen er beskyttet mot skade av lysglimt, gammastråling og høytemperaturplasma av et belegg av grafittsmøremiddel, som sprayes på nytt etter hver detonasjon.

NERVA-prosjektet er et eksempel på en kjernefysisk rakettmotor.

Ved første øyekast virker en slik ordning sprø, men den er ganske levedyktig. Under en av atomprøvene på Enewetak-atollen ble grafittbelagte stålkuler plassert 9 meter fra sentrum av eksplosjonen. Etter testing ble de funnet uskadet, noe som beviser effektiviteten til grafittbeskyttelse for skipet. Men traktaten om forbud mot tester av atomvåpen i atmosfæren, verdensrommet og under vann, signert i 1963, satte en stopper for denne ideen.

Arthur C. Clarke ønsket å utstyre romskipet Discovery One fra filmen 2001: A Space Odyssey med en slags atomeksplosjonsmotor. Stanley Kubrick ba ham imidlertid om å forlate ideen, i frykt for at publikum ville betrakte det som en parodi på filmen hans Dr. Strangelove, eller How I Stopped Being Scared and Loved the Atom Bomb.

Hvilken hastighet kan oppnås ved å bruke en rekke atomeksplosjoner? Det finnes mest informasjon om Orion-eksplosjonsprosjektet, som ble utviklet på slutten av 1950-tallet i USA med deltagelse av forskerne Theodore Taylor og Freeman Dyson. Det 400 000 tonn tunge skipet var planlagt å akselerere til 3,3 % av lysets hastighet – da skulle flyturen til Alpha Centauri-systemet vare i 133 år. Men ifølge gjeldende estimater er det på lignende måte mulig å akselerere skipet til 10 % av lysets hastighet. I dette tilfellet vil flyturen vare i omtrent 45 år, noe som vil tillate mannskapet å overleve til de ankommer destinasjonen.

Å bygge et slikt skip er selvfølgelig en svært kostbar oppgave. Dyson anslår at Orion vil koste omtrent 3 billioner dollar i dagens dollar å bygge. Men hvis vi finner ut at planeten vår står overfor en global katastrofe, er det sannsynlig at et skip med en kjernefysisk pulsmotor vil være menneskehetens siste sjanse for å overleve.

Gassgigant

En videreutvikling av Orion-ideene var prosjektet til det ubemannede romfartøyet Daedalus, som ble utviklet på 1970-tallet av en gruppe forskere fra British Interplanetary Society. Forskerne satte seg fore å designe et ubemannet romfartøy som er i stand til å nå en av de nærmeste stjernene i løpet av et menneskes liv, utføre vitenskapelig forskning og overføre informasjonen mottatt til Jorden. Hovedbetingelsen for studien var bruk av enten eksisterende eller forutsigbare teknologier i prosjektet.

Målet for flyturen var Barnard's Star, som ligger i en avstand på 5,91 lysår fra oss - på 1970-tallet trodde man at flere planeter dreide seg rundt denne stjernen. Vi vet nå at det ikke er noen planeter i dette systemet. Daedalus-utviklerne satte sikte på å lage en motor som kunne levere skipet til bestemmelsesstedet på ikke mer enn 50 år. Som et resultat kom de opp med ideen om et to-trinns apparat.

Den nødvendige akselerasjonen ble gitt av en serie lavkrafts atomeksplosjoner som skjedde inne i et spesielt fremdriftssystem. Mikroskopiske granuler av en blanding av deuterium og helium-3, bestrålt med en strøm av høyenergielektroner, ble brukt som brensel. I følge prosjektet skulle det oppstå opptil 250 eksplosjoner per sekund i motoren. Munnstykket var et kraftig magnetfelt skapt av skipets kraftverk.

I henhold til planen opererte den første fasen av skipet i to år, og akselererte skipet til 7 % av lyshastigheten. Daedalus kastet deretter ut det brukte fremdriftssystemet, fjernet mesteparten av massen, og avfyrte det andre trinnet, som tillot den å akselerere til en slutthastighet på 12,2 % lyshastighet. Dette vil gjøre det mulig å nå Barnards Star 49 år etter lansering. Det ville tatt ytterligere 6 år å sende signalet til jorden.

Den totale massen til Daedalus var 54 tusen tonn, hvorav 50 tusen var termonukleært brensel. Imidlertid er den antatte helium-3 ekstremt sjelden på jorden - men den er rikelig i atmosfæren til gassgiganter. Derfor hadde forfatterne av prosjektet til hensikt å utvinne helium-3 på Jupiter ved å bruke en automatisert plante "flytende" i atmosfæren; hele gruveprosessen vil ta omtrent 20 år. I samme bane rundt Jupiter var det planlagt å utføre den endelige monteringen av skipet, som deretter skulle lanseres til et annet stjernesystem.

Det vanskeligste elementet i hele Daedalus-konseptet var nettopp utvinningen av helium-3 fra atmosfæren til Jupiter. For å gjøre dette var det nødvendig å fly til Jupiter (som heller ikke er så lett og raskt), etablere en base på en av satellittene, bygge et anlegg, lagre drivstoff et sted... Og dette er ikke å nevne den kraftige strålingen belter rundt gassgiganten, noe som i tillegg ville gjøre livet vanskeligere for teknologi og ingeniører.

Et annet problem var at Daedalus ikke hadde evnen til å bremse ned og gå inn i bane rundt Barnards stjerne. Skipet og sondene det lanserte ville ganske enkelt passere stjernen langs flyby-banen, og dekke hele systemet i løpet av noen få dager.

Nå jobber en internasjonal gruppe på tjue forskere og ingeniører, som opererer i regi av British Interplanetary Society, med romfartøyprosjektet Icarus. "Icarus" er en slags "remake" av Daedalus, tatt i betraktning kunnskapen og teknologien akkumulert de siste 30 årene. Et av hovedarbeidsområdene er leting etter andre typer drivstoff som kan produseres på jorden.

Med lysets hastighet

Er det mulig å akselerere et romskip til lysets hastighet? Dette problemet kan løses på flere måter. Den mest lovende av dem er en antimaterieutslettelsesmotor. Prinsippet for driften er som følger: antimaterie mates inn i arbeidskammeret, hvor det kommer i kontakt med vanlig materie, og genererer en kontrollert eksplosjon. Ionene som genereres under eksplosjonen blir kastet ut gjennom motordysen, og skaper skyvekraft. Av alle mulige motorer lar annihilering teoretisk en oppnå de høyeste hastighetene. Samspillet mellom materie og antimaterie frigjør en kolossal mengde energi, og hastigheten på utstrømningen av partikler dannet under denne prosessen er nær lysets.

Men her oppstår spørsmålet om drivstoffutvinning. Antimaterie i seg selv har lenge sluttet å være science fiction - forskere klarte først å syntetisere antihydrogen tilbake i 1995. Men det er umulig å få det i tilstrekkelige mengder. Foreløpig kan antimaterie bare produseres ved hjelp av partikkelakseleratorer. Dessuten blir mengden stoff de lager målt i små brøkdeler av gram, og kostnadene er astronomiske. For en milliarddel av et gram antimaterie måtte forskere fra European Nuclear Research Center (det samme hvor de opprettet Large Hadron Collider) bruke flere hundre millioner sveitsiske franc. På den annen side vil produksjonskostnadene gradvis avta og kan i fremtiden nå mye mer akseptable verdier.

I tillegg må vi finne en måte å lagre antimaterie på - når alt kommer til alt, ved kontakt med vanlig materie blir den umiddelbart tilintetgjort. En løsning er å avkjøle antistoffet til ultralave temperaturer og bruke magnetiske feller for å hindre at det kommer i kontakt med tankens vegger. Gjeldende rekordlagringstid for antimaterie er 1000 sekunder. Ikke år, selvfølgelig, men tatt i betraktning det faktum at første gang antimaterie var inneholdt i bare 172 millisekunder, er det fremgang.

Og enda raskere

Tallrike science fiction-filmer har lært oss at det er mulig å komme til andre stjernesystemer mye raskere enn på noen få år. Det er nok å slå på warp-motoren eller hyperspace-driften, lene deg komfortabelt tilbake i stolen – og i løpet av få minutter befinner du deg på den andre siden av galaksen. Relativitetsteorien forbyr reiser med hastigheter som overstiger lysets hastighet, men etterlater samtidig smutthull for å omgå disse restriksjonene. Hvis de kunne rive fra hverandre eller strekke rom-tid, kunne de reise raskere enn lyset uten å bryte noen lover.

Et gap i rommet er bedre kjent som et ormehull eller ormehull. Fysisk er det en tunnel som forbinder to avsidesliggende områder av rom-tid. Hvorfor ikke bruke en slik tunnel til å reise inn i det store rommet? Faktum er at opprettelsen av et slikt ormehull krever tilstedeværelsen av to singulariteter på forskjellige punkter i universet (dette er det som ligger utenfor hendelseshorisonten til sorte hull - faktisk tyngdekraften i sin reneste form), som kan rive fra hverandre rom-tid, og skaper en tunnel som lar reisende "snarvei gjennom hyperspace".

I tillegg, for å opprettholde en slik tunnel i en stabil tilstand, må den fylles med eksotisk materiale med negativ energi, og eksistensen av slikt materiale er ennå ikke bevist. Uansett er det bare en supersivilisasjon som kan skape et ormehull, som vil være mange tusen år foran den nåværende i utvikling, og hvis teknologier, fra vårt synspunkt, vil se ut som magi.

Det andre, rimeligere alternativet er å "strekke" plassen. I 1994 foreslo den meksikanske teoretiske fysikeren Miguel Alcubierre at det var mulig å endre geometrien ved å lage en bølge som komprimerer rommet foran skipet og utvider det bak. Dermed vil stjerneskipet finne seg i en "boble" av buet rom, som i seg selv vil bevege seg raskere enn lyset, takket være at skipet ikke vil bryte grunnleggende fysiske prinsipper. I følge Alcubierre selv,.

Riktignok mente forskeren selv at det ville være umulig å implementere en slik teknologi i praksis, siden dette ville kreve en kolossal mengde masseenergi. De første beregningene ga verdier som oversteg massen til hele det eksisterende universet, reduserte det til "bare" Jupiterian.

Men i 2011 utførte Harold White, som leder Eagleworks-forskningsgruppen ved NASA, beregninger som viste at hvis du endrer noen parametere, kan det kreve mye mindre energi å lage en Alcubierre-boble enn tidligere antatt, og det vil ikke lenger være nødvendig å resirkulere hele planeten. Nå jobber Whites gruppe med muligheten for en «Alcubierre-boble» i praksis.

Hvis eksperimentene gir resultater, vil dette være det første lille skrittet mot å lage en motor som tillater reise 10 ganger raskere enn lysets hastighet. Selvfølgelig vil et romfartøy som bruker Alcubierre-boblen reise mange titalls, eller til og med hundrevis av år senere. Men selve utsikten til at dette faktisk er mulig er allerede fantastisk.

Valkyriens flukt

Nesten alle foreslåtte stjerneskipprosjekter har en betydelig ulempe: de veier titusenvis av tonn, og deres opprettelse krever et stort antall oppskytinger og monteringsoperasjoner i bane, noe som øker byggekostnadene med en størrelsesorden. Men hvis menneskeheten likevel lærer å skaffe store mengder antimaterie, vil den ha et alternativ til disse klumpete strukturene.

På 1990-tallet foreslo forfatter Charles Pelegrino og fysiker Jim Powell et romskipdesign kjent som Valkyrie. Det kan beskrives som noe sånt som en romtraktor. Skipet er en kombinasjon av to utslettelsesmotorer koblet til hverandre med en supersterk kabel 20 kilometer lang. I midten av bunten er det flere rom for mannskapet. Skipet bruker den første motoren for å nå nær lyshastighet, og den andre for å redusere den når den går i bane rundt stjernen. Takket være bruken av en kabel i stedet for en stiv struktur, er skipets masse bare 2100 tonn (til sammenligning veier ISS 400 tonn), hvorav 2000 tonn er motorer. Teoretisk sett kan et slikt skip akselerere til en hastighet på 92 % av lysets hastighet.

En modifisert versjon av dette skipet, kalt Venture Star, vises i filmen "Avatar" (2011), en av de vitenskapelige konsulentene som var Charles Pelegrino. Venture Star legger ut på en reise, drevet frem av lasere og et 16 kilometer langt solseil, før han stopper ved Alpha Centauri ved hjelp av en antimateriemotor. På vei tilbake endres rekkefølgen. Skipet er i stand til å akselerere til 70 % av lyshastigheten og nå Alpha Centauri på mindre enn 7 år.

Ingen drivstoff

Både eksisterende og fremtidige rakettmotorer har ett problem - drivstoff utgjør alltid størstedelen av massen deres ved utskyting. Imidlertid er det stjerneskipprosjekter som ikke trenger å ta drivstoff med seg i det hele tatt.

I 1960 foreslo fysikeren Robert Bussard konseptet med en motor som ville bruke hydrogen funnet i interstellart rom som drivstoff for en fusjonsmotor. Dessverre, til tross for attraktiviteten til ideen (hydrogen er det mest tallrike elementet i universet), har den en rekke teoretiske problemer, alt fra metoden for å samle hydrogen til den estimerte maksimale hastigheten, som neppe vil overstige 12% av lyset hastighet. Det betyr at det vil ta minst et halvt århundre å fly til Alpha Centauri-systemet.

Et annet interessant konsept er bruken av et solseil. Hvis en enorm, superkraftig laser ble bygget i jordbane eller på månen, kunne energien brukes til å akselerere et romskip utstyrt med et gigantisk solseil til ganske høye hastigheter. Riktignok, ifølge ingeniørenes beregninger, for å gi et bemannet skip som veier 78 500 tonn halvparten av lyshastigheten, vil det være nødvendig med et solseil med en diameter på 1000 kilometer.

Et annet åpenbart problem med et stjerneskip med solseil er at det på en eller annen måte må bremses. En av løsningene er å frigjøre et andre, mindre seil bak stjerneskipet når man nærmer seg målet. Den viktigste vil koble fra skipet og fortsette sin uavhengige reise.

***

Interstellar reise er et veldig komplekst og kostbart foretak. Å lage et skip som er i stand til å dekke romavstand på relativt kort tid er en av de mest ambisiøse oppgavene menneskeheten står overfor i fremtiden. Selvfølgelig vil dette kreve innsats fra flere stater, om ikke hele planeten. Nå virker dette som en utopi - regjeringer har for mange ting å bekymre seg for og for mange måter å bruke penger på. En flytur til Mars er millioner av ganger enklere enn en flytur til Alpha Centauri - og likevel er det usannsynlig at noen tør å nevne året når den vil finne sted.

Arbeid i denne retningen kan gjenopplives enten ved en global fare som truer hele planeten, eller ved å skape en enkelt planetarisk sivilisasjon som kan overvinne interne krangel og ønsker å forlate sin vugge. Tiden for dette er ennå ikke kommet – men dette betyr ikke at den aldri kommer.