Мечта об исследовании глубин космоса за пределами нашей Солнечной системы давно захватила воображение человечества, но его межзвездное путешествие всего лишь далекая фантазия, или мы действительно можем достичь этой цели в ближайшем будущем благодаря научно-техническому прогрессу.
Открытия, сделанные в последнее время ведут нас к моменту, когда мечта о межзвездных путешествиях станет реальностью.
Разработка новых двигательных установок, достижения в области материаловедения и понимание космологических теорий приближает нас к развитию необходимой инфраструктуры и технологий для межзвездных миссий.
Человек бросает вызов огромным расстояниям между звездами и большому количеству угроз, скрывающихся за пределами. Неизведанный космос делает межзвездные путешествия сложными и потенциально опасными.
Преодолев эти препятствия, человек сможет совершать межзвездные путешествия в течение жизни.
Первым препятствием
являются огромные расстояния между звездами. Соседняя Проксима Центавра находится чуть более чем в 4,2 световых годах от нас. Это означает, что даже если бы мы путешествовали с максимальной скоростью, возможной в настоящее время во Вселенной, которая является скоростью света, путешествие заняло более четырех лет. Однако, несмотря на современные достижения в области технологий, достижение таких скоростей, все еще невозможно даже с самыми передовыми двигателями. Предел развития современной техники – ядерные или ионные двигатели. Но даже эти, находящиеся в теоретических разработках двигатели, не способны придать кораблям желаемое ускорение. Чтобы достигнуть ближайших звезд на атомных или ионных двигателях, потребуются десятилетия, если не столетия.
Для преодоления этой проблемы лучшим вариантом является разработка новых технологий двигателей, которые могут достигать гораздо больших скоростей. Рассматриваются различные концепции о том, как этого достичь, в том числе идея использования термоядерного синтеза на антиматерии, или даже использования сил темной материи.
Ядерный синтез — процесс, который питает Солнце и другие звезды. Объединение двух легких атомных ядер, таких как водород, с образованием более тяжелого ядра и высвобождением энергии, хотя технология ядерного синтеза все еще находится в зачаточном состоянии на Земле, у нее есть перспектива стать практически безграничным источником энергии, и может быть использована в двигателях космических кораблей. Однако данные разработки пока носят чисто теоретический характер и нет сведений о том, будут ли они когда-нибудь возможны на практике и будут ли они достаточно безопасны для использования.
Вторым препятствием
межзвездных путешествий как концепции является то, что для длительного путешествия потребуется астрономическое количество топлива и энергии.
Традиционная технология ракетных двигателей опирается на потребление огромного количество топлива, приводящего в движение космические аппараты. Причем скорость этих аппаратов гораздо ниже скорости света. Например, солнечный зонд Parker самый быстрый путешествующий космический корабль, когда-либо построенный человеком, может достичь только скорости 119,4 миль в секунду. Для справки это только 0,064 процента от скорости света для того. Чтобы мы достигли Альфы Центавра в течение человеческой жизни, или меньше, нам нужно выяснить, как развить скорость, по крайней мере, 10 процентов от скорости света.
Однако парадоксальность этой задачи заключается в том, что для того, чтобы увеличить скорость космического корабля, нам нужно больше топлива. А увеличиние веса судна снижает его скорость.
Получается замкнутый круг.
Самая передовая силовая установка, доступная в настоящее время, потребляет по-прежнему значительное количество топлива для выработки необходимой мощности.
Чтобы преодолеть эти препятствия, исследователи разрабатывают совершенно новые двигатели и технологии, которые могли бы использовать источники энергии, доступные в космосе.
Например, ученые изучают возможность использования солнечных парусов, которые используют энергию, поступающую от Солнца, аналогично тому, как обычные паруса используют энергию ветра для обеспечения непрерывного разгона космического аппарата.
Другим решением, может стать использование двигателя на антиматерии, что позволило бы космическому кораблю достичь больших скоростей при меньшем потреблении топлива. Антиматерия – уникальное вещество, которое имеет ту же массу, что и обычная материя, но с противоположным электрическим зарядом. Материя и антиматерия вступают в контакт, аннигилируя друг друга, с выделением огромного количества энергии. Антиматерия способна выдавать гораздо большее количество энергии, чем любая из доступных в настоящее время технологий.
Теоретические расчеты позволяют предположить, что космический аппарат, функционирующий на антивеществе, потенциально может достигать 90 процентов от скорости света. Это означает, что он может достичь Проксимы Центавры всего за четыре с лишним года.
Ученые десятилетиями проводят эксперименты с антивеществом. Один из самых ранних экспериментов был связан с созданием антипротонов. Первые антипротоны были созданы в 1955 году группой ученых из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии
Однако антиматерия очень дорогостоящая и сложная в производстве технология. Использование его в космических кораблях все еще находится на экспериментальной стадии. К тому же антивещество в высокой степени нестабильно и труднохранимо. Его частицы не могут храниться в традиционных контейнерах, так как они быстро вступают в контакт с веществом и уничтожают друг друга.
Вместо этого были разработаны магнитные поля для захвата и хранения антиматерии.
Подводя итог, можно сказать, что потребность в большом количестве топлива и энергии для межзвездных путешествий пока неразрешимая проблема, однако, разработка совершенно новой технологии силовой установки или новых видов энергии, доступных в космосе, определенно является необходимым движением в правильном направлении.
Третья проблема
межзвездных путешествий – навигация и связь.
Большая сложность для пилотируемых миссий - большие расстояния между звездами. Что в свою очередь означает значительные задержки в связи с Землей.
Кроме того, сигналы с Земли могут сталкиваться с помехами, шумом или могут полностью потеряться на таких огромных расстояниях.
Один из возможных способов решения проблемы с космической навигацией и связью это — использование сети межзвездных спутников, которые будут передавать информацию между Землей и кораблем, обеспечивая более быструю и надежную связь.
Еще одним многообещающим решением является технология квантовых коммуникаций, которая использует запутанные квантовые частицы для мгновенной передачи информации на огромные расстояния. Эта технология может произвести революцию в межзвездной связи, позволив передачу данных в режиме реального времени без задержек и помех.
Другой вариант — использовать продвинутый искусственный интеллект, который мог бы помочь космическим кораблям ориентироваться на бескрайних просторах между звездами и корректировать курс по мере необходимости, даже без какого-либо участия человека. Точная навигация является ключом к успешному межзвездному путешествию, когда даже малейшее отклонение может сбросить космический корабль с курса на миллионы парсеков.
Чтобы свести к минимуму риск этого, судам потребуются невероятно точные навигационные системы, использующие пульсары в качестве опорных точек. Пульсары сильно намагничивают вращающиеся нейтронные звезды, которые испускают пучки электромагнитного излучения от своих полюсов. Это позволит использовать пульсар в качестве космического маяка. Космические пульсары, создающие так называемый импульс, невероятно надежны и предсказуемы, что делает их идеальными кандидатами для навигации в дальнем космосе.
Четвертая проблема
– обеспечение достаточного ресурса для выживания на протяжении всего пути.
Путешествие должно обеспечить экипаж достаточным количеством еды, воды, воздуха и пр. для выживания во время путешествия. Это включает в себя разработку систем жизнеобеспечения, которые могли бы обеспечить достаточное количество пищи, воды и кислорода. При современных технологиях можно хранить только ограниченное количество ресурсов, которого не хватит для по-настоящему долгого путешествия. Поэтому нужны новые технологии и способы поддержания жизни во время путешествий
При путешествии на большие расстояния, одним из потенциальных решений является разработка регенеративных систем жизнеобеспечения, которые будут перерабатывать отходы и превращать их в полезные ресурсы. Кроме того, разработка передовых систем производства продуктов питания и кислорода на борту космических аппаратов является обязательным условием в исследованиях.
Как вариант, можно погрузить астронавтов в глубокий сон на время их путешествия, подобно тому, как это делают животные во время зимней спячки. Ученые изучают возможность использования этой техники, известной как анабиоз или спячка. Однако, на данный момент она представляет значительные медицинские проблемы в отношении того, как удерживать экипаж в этом состоянии в течение длительных периодов времени, не вызывая серьезных проблем со здоровьем, которые могли бы значительно сократить требуемые ресурсы систем жизнеобеспечения.
Более того, длительное воздействие невесомости в анабиозе может иметь пагубные последствия для организма человека, это приводит к мышечной атрофии, потери плотности костей и других физических изменений. Поэтому для поддержания здоровья потребуется решить эту проблему с помощью физической активностью, или медицинским вмешательством.
Для противодействия негативным эффектам невесомости, что может помочь система искусственной гравитации. Гравитацию возможно создать получив постоянное вращение космического корабля. Но сможет ли центробежная сила, создаваемая вращением, заменить силу гравитации, которую мы испытываем на Земле?
Пятая проблема
– радиация.
Космическое пространство пронизано бесконечным множеством радиоактивных выбросов, долгосрочное воздействие которых представляет собой значительный риск для здоровья астронавтов за пределами защитного магнитного поля Земли. Излучение лучей и солнечных вспышек наносит вред клеткам человека, приводящий к различным проблемам со здоровьем, включая рак и другие заболевания. Кроме того, воздействие космической радиации может вызвать генетическое повреждение ДНК, которое может быть передано потомкам.
Для снижения риска, связанного с облучением космический корабль должен быть спроектирован таким образом, чтобы щит был достаточно прочный, чтобы блокировать вредное излучение, и в то же время достаточно легкий, чтобы не увеличивать значительно вес космического аппарата. Он должен быть приспособлен ко всем видам излучения, с которыми сталкиваются во время путешествия.
Исследователи разрабатывают различные варианты защиты от радиации, включая использование искусственных магнитных полей, а также передовых технологий и специальных материалов. Кроме того, экипажу может потребоваться прием специальных медикаментов, прохождение медицинского обследования и процедуры по уменьшению последствий лучевой болезни.
Шестая проблема
– космический мусор.
Помимо мельчайших частиц радиации, еще одной опасностью, с которой вы можете столкнуться во время межзвездных путешествий, являются обломки и астероиды. Астероиды и кометы представляют угрозу для космического аппарата. Поскольку их трудно обнаружить и избежать, космический мусор может привести к значительным последствиям. Даже микроскопический предмет, движущийся с большой скоростью, может нанести катастрофическое повреждение судна. Для обеспечения безопасности космонавтов и сам космический корабль нуждается в защите. Толстые стенки, методы уклонения и отклонения мусора, датчики обнаружения – вот неполный список, защиты, которая должна быть на космическом корабле.
Однако мы в очередной раз сталкиваемся с тем, что материалы, необходимые для эффективной защиты, довольно тяжелые, хотя технологии безопасности и системы обнаружения значительно продвинулись в последние годы.
В любом случае, межзвездные путешествия — это амбициозная цель, которая потребует значительных вложений ресурсов от правительств и частных организаций по всему миру.