Приветствую всех вас, дорогие фантасты и любители фантастики! Меня зовут Николай Остапцов, писатель-фантаст, вице-президент и обозреватель Крымского клуба фантастов «Фанданго», участник семинаров «Фанданго-Аэлита», лауреат конкурсов...
------
Пожалуй, самая привлекательная разновидность НФ - космическая. Особую привлекательность она имеет ещё и потому, что та самая космонавтика, о которой могли только мечтать первые фантасты, уже давно стала реальностью!
Однако, нигде, наверное, не делается столько ошибок, логических, физических и фактологических.
Авторы, в лучшем случае, оценивают продолжительность полёта - "на глаз", про релятивистский эффект - что-то где-то слышали, но даже в школьный учебник физики заглянуть...
Давайте, разберёмся: реально ли в течение одной человеческой жизни долететь и вернуться к нашей ближайшей соседке?
Итак, если верить курсу астрономии, множеству фильмов и НФ книг, таковой оказывается Альфа Центавра. Вот тут и кроется первая, самая частая ошибка. Альфа Центавра - не звезда, а Звёздная система, тройная звезда, состоящая из Ригеля Кентауруса (Копыто Кентавра), Толимана и Проксимы, также известной, как Альфа Центавра-С. Из них Проксима находится к Солнцу ближе остальных. Кстати, Проксима – так и переводится – "Ближайшая".
Проксима, кстати, вовсе не похожа на Солнце! Она относится к красным карликам и размером немного превышает Юпитер.
Вокруг Проксимы найдено три планеты: две размером с Землю, и одна – чуть меньше Нептуна. Интересно, что одна из "Земель" находится слишком близко к Проксиме, а вот Проскима-Б – в обитаемой зоне. Продолжительность "года" Проксимы-Б чуть больше 11 земных суток.
Пока неизвестно точно, есть ли на ней жизнь, но мы, конечно, надеемся...
Так. С самой распространённой ошибкой, вроде, разобрались.
Теперь - о расстоянии до неё, в нашем случае - до Проксимы.
Во всех справочниках пишут, что расстояние составляет 4,24 световых года. Заметим (и не забудем никогда), что световой год - это расстояние, которое свет может пройти за год, а вовсе не время полёта корабля.
1 световой год - примерно десять триллионов километров.
Соответственно, до расстояние Проксимы составляет приблизительно сорок триллионов километров.
М-да... Далеко, однако!
И в этом месте начинается очередной "цирк"!
Авторы отправляют космонавтов в далёкое путешествие, используя технологию середины ХХ века: разгоняем какое-то тело (АМС, КК, просто резиновую калошу с протёртой подошвой - не важно) до какой-то скорости... Скажем, Первая космическая скорость (около 8 км/сек) никак не годится для достижения даже Проксимы: тело не сможет покинуть орбиту Земли!
Допустим, мы можем преодолеть этот запрет и запустим КК "Союз" по "Маршруту мечты". Сколько же ему, бедолаге, лететь?
Время полёта = 40,115 × 10¹² км / 8 км/с = 5,014 × 10¹² секунд
Возражения есть?
Переведём в годы:
1 год = 365,25 × 24 × 60 × 60 = 31 557 600 секунд
Итого, получим...
Время полёта = 5,014 × 10¹² / 31 557 600 ≈ 158,9 × 10⁶ лет
Таким образом, КК “Союз” при скорости 8 км/с будет лететь до Проксимы Центавра примерно 159 миллионов лет.
Для сравнения, это:
В ~32 раза больше времени, прошедшего с момента вымирания динозавров,
Примерно в 1 590 раз дольше существования вида Homo sapiens,
Более чем в 15 000 раз дольше, чем существует человеческая цивилизация
Третья космическая скорость - вблизи Земли составляет 16,65 км/сек. С такой скоростью можно покинуть и пределы Солнечной системы. Правда, подальше от Земли, скажем, вблизи Плутона, эта скорость будет значительно ниже.
Естественно, с такой скоростью лететь к Проксиме - мало чем быстрее! Полёт займет...
Время полёта = 40,115 × 10¹² км / 16,65 км/с ≈ 2,409 × 10¹² секунд
Переведём в годы:
Время полёта = 2,409 × 10¹² / 31 557 600 ≈ 76,3 × 10⁶ лет. 76,3 миллиона лет!
Опять очень-очень много ...
Согласитесь, долететь до цели в виде окаменевшего трупика - скучно! Подумаем, что можно ещё придумать?
Подумали... Ответ получился: Надо лететь быстрее!
А давайте выясним: а обязательно ли лететь по инерции?
Может, есть смысл дольше разгонять свой аппарат?
Взяв с собой ещё больше химического топлива, можно, конечно, продлить разгон ещё на какое-то время, может, даже 20 км/сек... Всё равно - лететь слишком долго.
Возьмём более "долгоиграющий" двигатель, скажем, ионный. Он может работать годами! Конечно, его тоже нужно чем-то "кормить". Допустим, на звездолёте будет ядерный реактор и запас топлива к нему. Правда, ионный двигатель даёт очень уж небольшую тягу, зато чрезвычайно экономичный и долговечный.
Предположим, что полёт нашего корабля к Проксиме Центавра будет длиться 32 года (земных). Почему 32? - В одном моём рассказе мелькнула такая цифра. Решил проверить!
Расстояние до Проксимы Центавра: 4,24 световых года
Время полёта: 32 года
Сначала переведём световые годы в километры:
1 световой год = 9,461 × 10¹² км
4,24 световых года = 4,24 × 9,461 × 10¹² = 40,115 × 10¹² км
Теперь вычислим среднюю скорость:
Vсредняя = расстояние / время = 40,115 × 10¹² км / 32 года,
Переведем годы в секунды:
32 года = 32 × 365,25 × 24 × 60 × 60 = 1,009 × 10⁹ секунд
Vсредняя = 40,115 × 10¹² км / 1,009 × 10⁹ секунд ≈ 39,76 × 10³ км/с
Таким образом, средняя скорость корабля составляет примерно 39760 км/с, что равно около 13,3% С (299 792 км/с).
Чтобы получить такую среднюю скорость корабль надо разгонять до скорости 80 000 км/с (примерно 26,7% С) в середине пути, затем тормозить до нуля.
Рассчитаем перегрузки, которые будет воспринимать экипаж в полёте:
Начальная скорость: v₀ = 0 км/с
Конечная скорость: v = 80 000 км/с
Время разгона: t = 16 лет
Переведём время в секунды:
t = 16 лет × 365,25 дней × 24 часа × 60 минут × 60 секунд = 504921600 секунд
Ускорение вычисляется по формуле:
А = (v - v₀) / t = 80 000 / 504 921 600 ≈ 0,000158 км/с²
Переведём в м/с²:
А ≈ 0,158 м/с²
Для сравнения с земным ускорением свободного падения g = 9,8 м/с²:
А ≈ 0,016g или примерно 1,6% от земного ускорения свободного падения. Практически - невесомость!
Получается, что долететь до Проксимы за период, соизмеримый с человеческой жизнью - вполне реально... Главное - обеспечить экипаж воздухом, водой, харчами, не забыть книги-журналы, видеозаписи. Опять-таки, один человек за такое время, скорее всего - одичает, а значит - экипаж должен состоять из нескольких человек. И чтоб они не начали драться за кусок сухаря и место у окошечка... Получится, что корабль нужен, размером с Вавилонскую башню! Хотя бы, с Останкинскую!
И вот, как вишенка на тортике! На сколько время, прошедшее на Земле будет отличаться от "корабельного"?
Авторы не сильно заморачиваясь придумывают колоссальную разницу! А между тем, расчёты показывают, что для нашего случая разница во времени составит... около 7 месяцев/32 года полёта!
Первая ошибка:
Авторы считают, что если корабль летит со скоростью 0,99999С, то на Земле проходят тысячелетия, пока на корабле проходят те же 4 года.
Нет же! На Земле проходят 4 года, а на корабле - несколько меньше! И чем 0,99... больше девяток, тем меньше "корабельного" времени пройдёт. Правда, смысла набирать скорость дальше - нет: растёт масса корабля, а значит - нужно жечь всё больше топлива...
Вторая популярная ошибка авторов: Перегрузки!
Напрочь забывается тот факт, что на любом пилотируемом корабле есть слабое звено - человек! 1G для человека - привычна. Это перегрузка на Земле.
Тренированные лётчики из пилотажных групп могут выдержать кратковременные перегрузки до 10 G. Известны случаи, когда космонавты (Василий Лазарев и Олег Макаров) оставались живы после перегрузок до 26 G. Кстати, САС (система аварийного спасения) способна за 0,1 секунды увести капсулу на 1,5 км от аварийной ракеты, развивая ускорение до 18G но на очень короткое время.
Правда, Лазарева в космос больше не пустили - появились серьёзные проблемы со здоровьем.
Но космонавтам проблем не надо!
Пусть звездолёт равномерно разгоняется с ускорением 1G. Сколько же ему понадобится времени, чтобы достичь 0,99С?
Включаем нашу "арифметику":
Для релятивистского случая мы должны использовать формулы специальной теории относительности (СТО), поскольку при скоростях, близких к скорости света, классическая механика уже не применима.
В релятивистской механике, связь между временем разгона t, ускорением А и достигнутой скоростью v выражается формулой:
v/c = tanh(Аt/c),
где:
v - конечная скорость
c - скорость света (299 792 458 м/с)
А - ускорение (9,8 м/с² для 1g)
t - время разгона в собственной системе отсчёта корабля
tanh - гиперболический тангенс
Нам нужно найти t, при котором v/c = 0,99:
0,99 = tanh(9,8t/299 792 458)
Выразим t:
t = (c/a) × artanh(0,99)
Вычислим artanh(0,99):
artanh(0,99) ≈ 2,647
Теперь подставим значения:
t = (299 792 458 / 9,8) × 2,647 ≈ 81000000 секунд
Переведём в годы:
t ≈ 81000000 / (365,25 × 24 × 60 × 60) ≈ 2,57 года по корабельному времени.
Рассчитаем расстояние, которое пройдёт звездолёт при разгоне до скорости 99% от скорости света с постоянным ускорением 1g.
В релятивистской механике для постоянного собственного ускорения расстояние вычисляется по формуле:
x = (c²/a) × [cosh(at/c) - 1,
где:
x - пройденное расстояние
c - скорость света (299 792 458 м/с)
a - ускорение (9,8 м/с² для 1g)
t - время разгона в собственной системе отсчёта корабля (2,57 года или ~81 000 000 секунд)
cosh - гиперболический косинус
Подставим наши значения:
x = ((299 792 458)²/9,8) × [cosh(9,8 × 81 000 000/299 792 458) - 1]
Вычислим значение в скобках:
9,8 × 81 000 000/299 792 458 ≈ 2,647
cosh(2,647) ≈ 7,022
7,022 - 1 = 6,022
Теперь вычислим полное выражение:
x = ((299 792 458)²/9,8) × 6,022 ≈ 5,51 × 10¹⁵ метров
Переведём в световые годы:
1 световой год = 9,461 × 10¹⁵ метров
x ≈ 5,51 × 10¹⁵ / 9,461 × 10¹⁵ ≈ 0,58 световых лет
Таким образом, звездолёт при разгоне до 99% скорости света с постоянным ускорением 1g пройдёт расстояние примерно 0,58 световых лет.
Интересно отметить, что это значительно меньше расстояния до ближайших звёзд (Проксима Центавра находится на расстоянии 4,24 световых года), но за счёт высокой скорости оставшееся расстояние будет пройдено гораздо быстрее.
Правда, долететь мало! Нужно вовремя остановиться, причём, остановиться комфортно, а не "мордой об асфальт"! Значит, нужно вовремя развернуть звездолёт и... годы торможения!
Вот и считайте, насколько реалистичен полёт в вашем романе "про космос".
И ещё один, важный момент:
Долететь - мало! Надо ещё вернуться!
Оставив свой родной дом в возрасте, скажем, 30 лет, потратив на странствия 32, долететь в 62. Какое-то время надо "помахать ручкой инопланетянам", а потом - ещё 32 года на возвращение. Итого - 94 года. Многовато, вообще-то! Улетев в возрасте, когда жизнь прекрасна, вернуться древним стариком... Ну, в 62 - ещё куда ни шло!
Какие можно сделать выводы из расчётов?
1. Современное состояние техники пока не позволяет... Придётся немного подождать, пока Наука освободится от более срочных дел.
2. Решение проблем, связанных с межзвёздными перелётами, всё-таки реально! Однако, это дело даже не завтрашнего дня.
3. Чтобы не отправлять здоровых-цветущих людей в пожизненный полёт, необходимо применение принципиально новых технологий, например - оснастив корабль установкой телепортации, можно обеспечить возращение экипажа, пусть не в молодом возрасте, то уж в не совсем "древнем". А если удастся осуществлять телепортацию на больших скоростях, то открываются перспективы... Правда, эти установки пока не построены...
Что-то статья у меня получилась... слишком уж инженерная!
Как быть с литературной стороной?
- Прежде, чем отправлять своих героев по "Маршруту Мечты", стоит заняться расчётами. Если вы поленитесь это сделать, это могут сделать ваши читатели и ваша репутация как писателя, подходящего к описаниям "заклёпок" со всей серьёзностью может пострадать! Не поленитесь, потратьте час времени и сто кровно заработанных рублей, поучите правдоподобные цифры, и ваш авторитет как автора, пишущего НАУЧНУЮ фантастику - окрепнет!
PS: Не подумайте, что я сейчас в силах произвести все эти расчёты в течение часа, что потратил на работу над статьёй: я закончил свою учёбу в ВУЗе в 1992 году и уже успел основательно забыть всю математику. Если это смог проделать я, значит сможет любой!
Все вычисления производились с помощью нейросети "СигмаЧат"
Да здравствует Воображение!
Viva Imaginatia!
При работе над статьёй использовались материалы:
СигмаЧат - тут производились все расчёты
Яндекс.Картинки. КК Союз
Другие публикации канала - тут
Если хотите ознакомиться с книгами автора канала, жмите здесь
Очень интересный канал с великолепными фотографиями от подписчиков канала ФНВ:
Замечательный канал про фантастику и кино
Новый канал о житейских историях
Узнать о мобильных газгольдерах, их назначении и применении и, может быть, заказать...
Случается, что некоторые публикации канала ограничивают в показах. Чтобы вас это не тревожило - не забывайте подписываться!
--------------------
Уважаемый читатель! Если материал понравился, пожалуйста, ставь лайк и подписывайся на канал. Это сейчас особенно актуально для развития канала "ФНВ". Спасибо, что ты с нами!
Буду признателен за комментарии, оставленные прямо здесь ;-)