Всем привет! Это канал «Феи, Роботы, Пришельцы», меня зовут Сергей Балашов, и сегодня мы продолжим тему космических путешествий. Сегодня поговорим о том, почему так сложно добраться до других звезд. В пути придется провести не одно столетие, а значит, к новым мирам отправятся корабли-ковчеги, созданные для такой галактической задачи. Поговорим о кораблях поколений, кораблях спящих и кораблях-сеятелях. А также о том, почему в фантастических романах с ними вечно что-то случается в глубинах космоса.
Прогресс всегда идет вперед. Если что-то может быть сделано, то не получится отменить или запретить это открытие. От изобретения пороха до первых пушек на поле боя прошло полвека. Стоило доплыть из Европы в Америку, и уже через столетие в Новом Свете были города колонизаторов. От открытия рентгеновского излучения до атомной бомбы - сорок лет. От первого спутника до выхода в открытый космос – меньше десятилетия.
Многим казалось, что к концу XX века на Марс мы будем летать в рабочие командировки. Теоретики космической науки говорили о том, что человечеству пора выйти из своей колыбели и расселиться по всему Млечному пути, по дороге узнавая новые тайны Вселенной, встречая братьев по разуму и переходя на следующий уровень развития по шкале Кардашева. Разумеется, живя счастливо и гармонично.
Почему мы до сих пор не гуляем по Млечному пути?
Основная причина в том, что космос огромный. У нас просто нет слов для того, чтобы понять масштабы пустоты. Миллиард или триллион километров – это все равно только абстракции для нас. Расстояние от Земли до Юпитера космический аппарат преодолевает в среднем за 600 дней, а это всего лишь четыре астрономические единицы, то есть в четыре раза больше расстояния от Солнца до Земли. До Нептуна, до края нашей Солнечной системы - 30 астрономических единиц. Дальше всего от Земли улетели космические аппараты Вояджер и Пионеры, они пролетели уже около 130 астрономических единиц, потрясающие воображение 20 миллиардов километров.
Но на самом деле это всего лишь 17 световых часов, столько времени до них идет сигнал со скоростью света в вакууме. А до ближайшей к нам звезды, Проксима Центавра, расстояние напомню 4,3 световых года, до Сириуса А свет летит 8,5 лет. То есть даже если бы наши аппараты летели точно к этим звёздам, на дорогу у них ушло бы несколько десятков тысяч лет.
Бессердечная формула Циолковского
Так казалось, бы в чем проблема? Давайте просто лететь быстрее! И тут в дело вступает бессердечная формула Циолковского.
В самом простом вине эта формула выглядит так: прирост скорости зависит от удельного импульса топлива (то есть отношения тяги которое оно создает к его расходe) и зависит от логарифма отношения масс: начальная масса корабля делится на конечную массу, после набора скорости.
С эффективностью топлива все более-менее понятно. Имеющееся у нас химическое топливо сгорает, В результате горения получаются реактивные газы, которые мы направляем в противоположную сторону, и они толкают ракету вперёд. Удельный импульс современных видов топлива (авиационного керосина и кислородно-водородных смесей) составляет от 2 до 3,5 единиц.
Но скорость, которую нам нужно набрать, поистине огромная. Первая космическая скорость требуется, чтобы оторваться от поверхности небесного тела, в нашем случае Земли, и выйти на круговую орбиту вокруг неё. Для нашей планеты эта скорость составляет 7,9 км/с, то есть 28 500 км/ч. Так быстро должен двигаться космический аппарат, чтобы вырваться из гравитационного колодца нашего родного мира. Но для того, чтобы полностью разорвать оковы земного притяжения и уйти в полёт по параболической траектории, прочь от планеты, скорости нужно ещё больше.
Вторая космическая скорость - 11 км/с, то есть 40 000 км/ч. Представьте себе, что за два часа нужно пролететь всю территорию нашей страны.
Конечно, существует много прекрасных инженерных решений, которые позволяют добиться максимальной эффективности ракетных двигателей. Это отделяющиеся ступени, когда пустые баки отбрасываются от ракеты, чтобы уменьшить её массу. Это новые газовые смеси, дающие максимальную тягу. Использование космодромов ближе к экватору, где притяжения Земли чуть меньше. Мы умеем рассчитывать сложные гравитационные манёвры, когда улетевший от Земли аппарат по пути облетает большое космическое тело, например Юпитер, и получает дополнительное ускорение, как камень, пущенный из пращи. Именно так была достигнута нужная скорость для Вояджеров.
Но все равно, даже со всеми этими ухищрениями для любого космического полёта нужно очень много топлива. В современном автомобиле запас топлива составляет меньше 10% от всей его массы. У яхты может достигать 30%. А вот для космического корабля в самом лучшем случае запас топлива составляет 85% от всей его массы. А ведь нам ещё нужно взять с собой полезную нагрузку: экипаж, запасы провизии, научное оборудование! Расчёты показывают, что для того, чтобы развить скорость, равную одной десятой скоростью света с нашими текущими технологиями, нужно горючего больше, чем есть матери во всей нашей солнечной системе.
Да, сейчас ученые разрабатывают новые виды космических двигателей. Это использования ядерной энергии. Вместо того, чтобы сжигать керосин, можно взрывать атомные бомбы позади нашего корабля, придавая ему ускорение. Это проекты звёздных парусов, когда гигантские солнечные батареи несут корабль вперёд под действием солнечного ветра или получая импульс от мощных лазеров, которые светят на них с Земли. Это новые проекты ионных двигателей, и даже энергетические установки, работающие на материи и антиматерии, на излучении миниатюрных чёрных дыр.
Конечно, это уже передний край науки. Но законы физики не запрещают нам построить работающую модель одного из таких двигателей, что позволит нам отправиться к ближайшим звёздам. А вот что законы физики нам запрещают, так это двигаться со скоростью равной или превышающей скорость света. Эти 299 млн км/с заложены в саму ткань нашего мироздания, завязаны на длину волны фотонов. При попытке теоретически превысить эту скорость начинают рушится все уравнения, описывающие известный нам мир. Таким образом, путь к дальним звёздам все равно займёт не один десяток лет, а может быть и несколько сотен.
Космический ковчег
Для того, чтобы дать человечеству дополнительный стимул куда-то отправиться, в научной фантастике обычно придумывают какую-то внешнюю угрозу: неизбежная гибель Земли или конфликты, которые заставляют часть населения покинуть родную планету. Полученный сигнал от другой цивилизации, с которой можно вступить в контакт. Что-то сподвигнет человечество объединиться и направить все ресурсы на то, чтобы построить такой корабль. Как во время Потопа Ной с семьей спасался на огромном ковчеге, так и для спасения от планетарной угрозы придется строить такой космический ковчег.
Конечно, этот корабль или корабли должны быть вершиной инженерного искусства и научной мысли. Он должен быть огромным, чтобы вмещать в себя всё необходимое для полёта. На борту должен быть запас энергии, необходимой для долгих лет полёта. Больше, чем имеются сейчас. Потому что тот же Вояджер после 40 лет пути уже практически обесточен. На борту должны быть все необходимые для жизни человека ресурсы: машины и заводы по их производству; образцы земных семян и почвы, если мы захотим основать в новом мире постоянные поселения; аппаратура медицинского назначения, которая будет лечить, а если нужно, то и выращивать новых людей; средства терраформирования далёкого мира.
Также мы должны решить много задач, связанных с самим путешествием. Например, предусмотреть защиту от космической радиации. Корабль, вышедший за пределы атмосферы, уже не защищен от излучения звёзд и потому даже на борту МКС сейчас космонавты получают излучения в 100 раз больше, чем на Земле. А ведь они летают в верхних слоях атмосферы, даже не полностью из неё выходя! Что же говорить о многих десятках лет полёта.
Предусмотреть защиту от столкновения с метеоритами и любыми мелкими твёрдыми телами. В космосе на скорости 1/10 скоростью света даже маленький камень в несколько миллиметров при столкновении с кораблём будет обладать кинетической скоростью как у самого пробивного снаряда.
Надо будет выбрать направление пути. На сегодня нам известно около 5000 экзопланет, то есть планет, вращающихся вокруг других звёзд. Но большинство из них либо «Горячие Юпитеры», то есть газовые гиганты рядом со звездой, либо «Суперземли», планеты каменистые, превышающие массу нашей Земли в несколько раз. Такие планеты будут обладать чрезвычайно плотной и густой атмосферой и повышенной силы тяжести, которая не предполагает наличие жизни, похожей на нашу. Обидно будет пролететь столь долгий путь, чтобы найти пустой безжизненный и неприглядный мир, такой как современная Венера или Марс.
Каждый из этих факторов сам по себе представляет огромную научную проблему. Собственно, многие учёные, не зараженные оптимизмом, считают каждую за этих проблем неразрешимой даже по отдельности. Мы не знаем, как защититься от радиации или от метеоритов. У нас пока что нет технологии энергоносителей, способных автономно работать сотни лет. Это кстати одно из самых скучных и очевидных решений парадокса Ферми, «Почему мы до сих пор не видим инопланетян». Да просто потому, что все остались дома! Любая технологическая цивилизация, дошедшая до нашего уровня, столкнулась с теми же самыми проблемами, оценила их экономическую и логистическую сложность... И решила никуда не лететь!
Но допустим, все эти проблемы мы сможем решить. В конце концов, даже полёт человека на Луну казался технически невообразимом! Но всё решили инвестиции, четкий план испытаний и настойчивость.
Представим, что у нас есть огромный космический корабль. Скорее всего, собранный на орбите Земли, потому что поднять такую махину с поверхности мы точно не сможем. Он готов принять на борт колонистов и отправиться в полёт. Как же наши колонисты полетят?
Корабль поколений
Первый и самый очевидный вариант - это корабль поколений. Несколько десятков или сотен человек разного пола восходят на борт корабля. Он станет их жомом на всю оставшуюся жизнь. Корабль взлетит, они начнут жить обычной жизнью. Создадут семьи, у них родятся дети. Прямо в полёте эти дети тоже вырастут и заведут потомство. И так еще много поколений. А корабль все будет лететь и лететь через глубины космоса, пока не достигнет точки назначения. Это корабль поколений, разработанный научными фантастами начала XX века.
Такая идея позволяет нам доставить колонистов к нужной точке, вернее не их самих, а их далёких потомков. Для удобства расчёта принимают, что за сто лет меняется три поколения людей. Тогда 500 лет полёта – это 15 поколений. Биологи даже провели расчёты, что минимум нужно 50 пар людей, чтобы сохранить биологическое разнообразие и избежать близких браков и возможных генетических отклонений. Конечно люди, которые долетят до точки назначения, уже не будут землянами. Им нужно будет становиться учёными, восстанавливать знания и навыки, которые заложили на борт корабля их далёкие предки.
С кораблями поколений в научной фантастике вечно что-нибудь происходит. Не могут же столетия полёта пройти без происшествий! Колонисты могут начать мутировать из-за космической радиации. Даже если наш корабль надёжно защищен, то ещё быстрее начинается социальной деградация. Здесь самая большая сложность - это адаптация промежуточных поколений. Тех кто родился на борту космического корабля, зная что навеки прикован к этому небольшому мирку, и что вся его жизнь пройдёт в этих стенах, а единственная доступная цель в жизни - найти пару, продолжить свой род, чтобы дети их точно также стали лишь промежуточным звеном в корабле поколений.
Разумеется, такие настроения быстро приведут либо к восстанию, либо к социальной деградации. Люди впадают в дикость, возвращаются к средневековому или даже первобытному укладу жизни, устраивают диктатуру и тиранию. Как быстро может озвереть замкнутый социум, показано в романе «Повелитель мух». Вроде бы культурные и добрые дети буквально за считанные недели разделяются на враждующие кланы, и ведут себя как кровожадные безумцы.
Один из самых проработанных образов такого корабля поколений создан Робертом Хайнлайном в повести «Пасынки вселенной». Это одна из первых работ на эту тему, и здесь обозначены все эти сложности. Корабль поколений «Авангард» после мятежа и гибели капитана сбился с курса. Потомки колонистов разделились на несколько враждующих племён. Те, кто живёт ближе к обшивке и получает больше радиации, стали мутантами с лишними руками и даже головами. Социальный строй всего корабля - это ранее аграрное Средневековье. Причём циник Хайнлайн сатирически описывает, как все земные знания превратились в религию. Управление энергоустановкой сопровождается строгими ритуалами, значения которых никто не понимает. Учебник физики стал священной книгой, причём служители культа уже придумали кучу интерпретаций для простых формул. Например, «Полет корабля» — это метафора жизни и смерти, а «Закон гравитации» - это метафора для любви к высшим силам.
В романе Гарри Гаррисона «Пленённая Вселенная» эту социальную проблему предлагается решить ещё на Земле. В его корабле поколений все колонисты разделены на две группы. Они специально генетически изменены так, что дети от родителей внутри одной группы будут не слишком умным и более покладистыми. А вот если дети родятся от родителей из разных групп (что на борту корабля строго табуировано и будет разрешено только по прибытию к цели) то наоборот, они будут обладать повышенным интеллектом. Таким образом, когда корабль прилетит, колонисты за одно поколение смогут восстановить свой умственный потенциал. А пока что живут в замкнутом обществе, напоминающем древние племена ацтеков.
Спящий космический корабль
Если человек в космосе ведет себя так сложно и непредсказуемо, то может быть стоит погрузить этого человека в глубокий сон? Так возникает концепт второго корабля-ковчега: корабль спящих. Все или почти все на борту погружены в глубокий сон и очнутся только в конце путешествия.
Здесь есть свои плюсы. До места назначения долетит тот же самый экипаж, что и оставил Землю. Не нужно беспокоиться о преемственности знаний и социальной деградации. Можно сэкономить на запасах воздуха и еды для полёта.
Но есть и свои сложности. Во-первых, такой спящий корабль требует от нас решения ещё одного фантастического допущения. Погружать человека в сон на годы мы пока что не умеем. Пока наука только изучает эти направления.
Как и с двигателями, есть несколько путей исследований. Можно замораживать, сохраняя организм при крайне низких температурах. Технологии глубокой заморозки пока что у нас нет. При заморозке все жидкости в организме человека тоже превращаются в лед. В том числе кровь и жидкости в мозгу. Пока мы не знаем, как их разморозить, не нанеся вреда ткани. Можно замедлять все процессы в организме, как это делает медведь, впадая в спячку. У него даже температура тела не так сильно снижается, и сердце продолжает биться, но тем не менее ресурсов организм тратит намного меньше.
Но необходимость анабиоза — это ещё не все сложности. Колонисты на борту корабля, погруженные в глубокий сон, за время полёта накопят в себе намного больше радиации. Даже у нас в клетках постоянно идёт процесс радиоактивного распада. Для живого организма это совершенно не опасно, мы привыкли жить с фоновым излучением. Но когда этот процесс будет происходить в законсервированном теле в течение столетий, а ещё добавится внешняя радиация, то у далёкой звезды человек очнётся из анабиоза уже будучи смертельно больным лучевой болезнью.
Еще одна потенциальная проблема – в таком корабле все управление будет отдано на откуп автоматике. Нам придётся делать очень умный искусственный интеллект, который поведет ковчег, сможет справиться со всеми нештатными ситуациями, не забудет разбудить колонистов возле цели.
Может быть поэтому иногда в фантастике создают смешные корабли: большинство колонистов спит, и только несколько членов экипажа бодрствует, вахтами по несколько месяцев, чтобы потом тоже погрузиться в сон. Именно так работал корабль, возивший колонистов к Проксима Центавра в фильме «Аватар». Конечно, в этом случае у нас должна быть простая технология погружения в анабиоз, доступная прямо на борту корабля.
Именно технология погружения в сон в фантастических произведения чаще всего дает сбой. На корабле спящих может никто не проснуться, он промахнется мимо цели и выработав весь ресурс, превратится в корабль-призрак, этакий летучий голландец космоса с замёрзшими трупами на борту. Либо наоборот, кто-то из членов экипажа очнется раньше времени и должен будет придумать, что ему делать среди спящих. Такова, например, завязка фантастического фильма «Пассажиры».
Корабль-сеятель
Ещё один вид корабля-ковчега - это корабль-сеятель. Мы можем взять на борт не живых людей, не спящий экипаж, а средства заселить планету! Запас половых клеток, или замороженные эмбрионы. При подлете к планете они будут разморожены, клонированы, выращены, и у нас будет свежее, готова к подвигам новое человечество.
Думаю, не нужно пояснять, что здесь мы еще дальше по технологиям от сегодняшнего дня. Методики развития плода вне живого организма у нас сейчас нет. Даже когда мы говорим об искусственном оплодотворении или клонировании других существ, все равно оплодотворенная яйцеклетка сейчас помещается в тело приемной матери, и дальше беременность развивается как обычно. Все также клетки будут страдать от радиации и времени полета.
И появляется еще одна социальная проблема: новое поколение нужно воспитать! Как минимум десять лет человеческие дети нуждаются в опекуне, учителях и защитниках. Мы можем отдать это на откуп небольшой группе взрослых, которые переживут полёт каким-то другим способом. Здесь возникает риск, слишком велик будет соблазн у этих людей стать диктаторами и богами для полностью подвластного поколения. А если воспитанием будет руководить искусственный интеллект, то справится ли он с задачей воспитания человека?
Такую ситуацию рассматривает, например, закончившийся недавно сериал «Воспитанные волками», где спасшихся с Земли детей на планете Kepler-22 b воспитывают два специально созданных андроида. Но война, уничтожившая жизнь на Земле, пробирается вслед за ними и в новый мир.
Ещё один подвид корабля-ковчега, который обсуждается с развитием технологий связан с записью сознания в компьютер. Действительно, зачем нам вообще тащить с собой физическое тело, если можно его воссоздать на месте? Всего-то и требуется: записать всю личность, сознание, память и душу человека в компьютер, а потом – перенести в новую оболочку.
Такая технология в настоящее время также отсутствует. Мы пока даже не понимаем, с какой стороны подойти к ней. Попытки записать структуру головного мозга, проанализировав её под микроскопом, пока что не увенчались успехом. Разумеется, опыты проводили только на мышах. Если использовать аналогию, то мы пытаемся воссоздать работу операционной системы компьютера, смотря на него снаружи, изучая, как мигают лампочки и как меняется потребление электроэнергии.
Конечно, если получится, то можно будет доставить к новым мирам намного больше людей. Любых людей – оцифровать и отправить к звездам всех гениальны инженеров, ученых и писателей, если понадобится. Носители информации перенесут полет гораздо лучше, чем живые организмы. На новой планете сделать для них новые, здоровые тела.
Или даже больше: эти тела можно будет адаптировать к условиям нового мира, сделать их сильнее, здоровее и более приспособленными к новым условиям. Даже больше: вместо физических тел пересадить сознания колонистов в специально подготовленные машины! Тогда вообще не нужно беспокоиться о терраформировании, обеспечение поселения продовольствием и водой.
Но создадим ли мы людей или роботов с сознанием? Будут ли эти существа все ещё считают себя людьми? На сколько будет отличаться их образ жизни от нашего, и что они будут думать об оставшихся позади далёких предках? Узнаем только тогда, когда приблизимся к таким технологиям.
Заяц обгоняет черепаху
Как мы видим, есть много аргументов против кораблей-ковчегов. Учёные-пессимисты считают, что у нас еще долго не будет необходимых технологий, чтобы отправить такие корабли: огромные, самодостаточные, надёжные, снабженные искусственным интеллектом.
Но есть ещё один аргумент против, только наоборот, со стороны оптимистов. А что если за то время, пока корабль-ковчег будет ползти через бездны космоса, мы совершим прорыв в области технологий и изобретём возможности полёта со скоростью выше скорости света?
Вдруг через сто лет после запуска, мы освоим пресловутый варп-двигатель, проход через червоточины, или прилетят инопланетяне и подключат нас к своей транспортной сети. Тогда получится, что отправленный корабль пролетел 500 лет в космосе к какой-нибудь далёкой планете, только для того, чтобы там его встретили земляне, добравшиеся туда за полчаса на сверхсветовых двигателях! Что будут чувствовать такие колонисты, найдётся ли место в этом новом мире?
Быть может, этих первооткрывателей будут жалеть, успокаивать и предложат им место в мире будущего. Так происходит например, в повести Аркадия и Бориса Стругацких «Двое с «Таймыра», одной из частей романа «Полдень, XXII век». Там исследовательский корабль с Земли летел с околосветовой скоростью, чтобы выйти к далёкой планете. С огромными сложностями корабль совершил посадку. Собрав научные данные, выжившие члены экипажа отправились в обратный путь. Из-за релятивистских скоростей они прилетают на Землю начала XXII века, чтобы узнать, что человечество уже путешествует по Вселенной с помощью Д-звездолётов. И планету, которую они с таким путем изучили, давно уже признали бесперспективной, потому что нашли много более подходящих.
В произведениях других авторов есть сценарии, что далёкие потомки могут вообще не пустить к себе колонистов, прибывших таким медленным способом. Миры, к которым корабли поколений летели через столетия, уже заселены колонистами, которые решили порвать с Землей и создать независимую цивилизацию.
Возможно, именно поэтому многие не спешат запускать корабли поколений. Всегда кажется, что ещё чуть-чуть нужно подождать. Ещё 10 или 50 лет, чтобы открыть новые технологии, усовершенствовать инженерные достижения. Сделать чуть более совершенный корабль.
Заключение
Корабли-ковчеги популярны в научно-фантастической литературе. Использования такого фантастического приема позволяет автору всё-таки остаться в рамках «научной» фантастики, иногда даже «твёрдой НФ», то есть не нарушать известных нам законов природы и не прибегая к совсем уже фантастическим элементам, такими как сверхсветовые перелёты или квантовая телепортация.
С литературной точки зрения, такой перелет — это уникальная возможность описать поведение героев в необычных условиях. Например, может получиться идеальный герметический детектив, когда на борту бодрствует только десять членов экипажа, и кто-то из них – преступник.
Либо показать освоение нового мира у человечества, которое полностью оторвано от родной планеты, в традициях приключенческой литературы покорения фронтира.
Такие экстремальные условия позволят раскрыться интересным, сильным персонажам, показать новые технологии и необычные места действия. В конце концов, ведь фантастическая литература в первую очередь о людях, а не о космических кораблях и законах физики.
Вот так вот представляют себе путь к далёким звёздам писатели-фантасты и смелые учёные. Да, есть много проблем: технических, биологических и конечно социальных. Каждая из этих проблем в отдельности может показаться неразрешимой, ввергнуть в уныние. Но ведь двести лет назад люди говорили, что пароход невозможно построить, потому что горящая печь на борту не сможет раздувать паруса.
Хотя если мы говорим о научной фантастике, то куда более зрелищным и поражающим воображение будет покорения космоса со скоростью, превышающей скорость света. Зачем ползти по галактике, есть хочется носиться по ней, как по лужайке перед домом? Об этом и поговорим в следующий раз.
Спасибо, что слушали! Напишите в комментариях, хотели бы полететь к другой планете?
Канал «Феи / Роботы / Пришельцы» можно читать на Яндекс.Дзен, в Телеграме и ВКонтакте. Аудиоверсия подкаста доступна на сервисах Яндекс.Музыка, Apple Podcasts, Google Podcasts и в подкастах ВКонтакте. Видео-версию смотрите на канале YouTube.
Поддержать канал можно на сервисе Boosty по ссылке в описании.
Оставляйте комментарии и ставьте оценки. Не забудьте подписаться на канал, чтобы не пропустить новые выпуски. Скоро увидимся!