ОРБИТА ЗЕМЛИ
Исследование Солнечной Системы - Орбита Земли
ПУНКТ НАЗНАЧЕНИЯ
ДРУГИЕ ЗВЕЗДЫ

    Путешествия на другие звезды - заветная мечта человечества. Но даже от ближайших светил нас отделяют такие гигантские расстояния, что космическая экспедиция пока кажется совершенно нереальной. Тем не менее это не останавливает ученых. На чертежной доске они дают простор фантазии: ресурсы черных дыр служат на благо человечества, а темная материя становится топливом на пути к неведомым мирам.

    Это было самое долгое путешествие в истории человечества... Наконец первый космический корабль приближается к двойной звезде альфа Центавра, находящейся на расстоянии чуть более четырех световых лет от нашего Солнца. Торможение проходит гладко. Включаются огромные радиаторы охлаждения, рассеивающие накопленное кораблем тепло. Теперь можно приступить к изучению звездной системы. Компьютеры уже начали исследование светила и его планет, все данные сразу же посылаются на Землю. Звездолет оборудован малыми автономными зондами,- которые с пролетной дистанции сканируют поверхность планет на предмет обнаружения на них жизни. Освоение глубокого космоса началось...

После космической экспедиции длиной в годы межзвездный корабль прибывает на альфу Центавра
ПУНКТ НАЗНАЧЕНИЯ: ДРУГИЕ ЗВЕЗДЫ

    Приблизительно так можно представить себе покорение другой солнечной системы, дорога к которой займет приблизительно 150 лет. Из всех звезд альфа Центавра - ближайшая к нам, и добраться до нее можно с небольшой для межзвездного путешествия скоростью, составляющей всего 5% скорости света. Для перелета к другим звездам скорость космического корабля должна составить не менее 10% скорости света, или 30 тыс. км/сек. Чтобы привести в движение корабль размером с космический челнок NASA и при этом развить указанную скорость, потребуется энергия, сравнимая с мировым производством энергии более чем за месяц. Но ведь в распоряжении конструкторов не вся планета Земля, а только борт космического корабля!

Проблем очень много

    Согласно фундаментальному закону физики, энергия в ходе преобразования никуда не исчезает. Для межзвездного корабля, оснащенного двигателем мощностью не менее нескольких гигаватт, это означает, что вырабатываемое тепло способно расплавить звездолет, если он не будет оснащен специальными теплоотводящими радиаторами.

ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЗОНДА ПОСЛУЖИТ
ОРБИТАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
    1 Огромный спутник с 10-километровыми солнечными батареями производит количество энергии, сопоставимое с мощностью большой плотины ГЭС
    2 Микроволновая энергия с помощью огромной линзы фокусируется и направляется к аппарату Starwisp
    3 Микроволны достигают зонда Starwisp, ускоряя его до одной пятой скорости света за две недели. Поэтому корабль способен добраться до ближайшей звезды за 21 год
    Основа конструкции Starwisp - парус-сетка, в узлах которой находятся микросхемы
КОСМИЧЕСКИЙ ПАРУСНИК ПОПЛЫВЕТ НА МИКРОВОЛНАХ
    Один из способов, позволяющих нам добраться до звезд, - создание очень легкого космического корабля. Межзвездный зонд с парусом придумал в 1985 году американский физик Роберт Форвард и даже дал ему название Starwisp («Звездная дымка»). Парус имеет диаметр 100 м и вместе с зондом весит приблизительно килограмм. Строительство такого корабля потребует ряда новаций в области нанотехнологий. Парус-корабль будет приводиться в движение микроволновым лучом от большого энергетического спутника, вращающегося по орбите вокруг Земли. Пучки микроволн фокусируются с помощью огромной линзы. Находясь под воздействием мощных микроволн, Starwisp способен быстро ускориться на старте. Для достижения максимальной скорости необходимо меньше месяца. Затем передатчик микроволн отключается, и полет Starwisp продолжается практически до пункта назначения.
    При подлете аппарата к звездной системе передатчик микроволн на земной орбите включается снова; микроволновой энергии должно хватить для активизации малых контуров зонда, посылающих изображения и данные на Землю. Форвард придумал также вариант более тяжелого солнечного паруса. Управляемый лазером мощностью 10 млн ГВт, такой космический зонд сможет нести 3 тыс. тонн полезной нагрузки, так что на нем найдется место для экипажа, а время в пути до ближайшей звезды составит всего 10 лет. Осталось только найти источник энергии мощностью в 10 тыс. раз больше той, которую Земля производит сегодня.
КОСМИЧЕСКИЙ ПАРУСНИК ПОПЛЫВЕТ НА МИКРОВОЛНАХ

    Вторая серьезная проблема: даже в безвоздушном пространстве содержатся атомы водорода и мелкие частицы пыли. Для космического корабля, летящего со скоростью, составляющей 20% скорости света, они превратятся в мощные снаряды, медленно, но верно разрушающие корпус аппарата. А при движении на скорости, близкой к скорости света, атомы водорода будут сталкиваться со звездолетом с энергией, равной мощности протонного пучка в ускорителе большого адронного коллайдера в Европейском центре ядерных исследований; противостоять этому не смогут ни корабль, ни экипаж. Есть ограничения по количеству выделяемого избыточного тепла, поэтому лучше поддерживать мощность двигателя на относительно низком уровне, чтобы предельную скорость корабль развивал много лет. Разгон межзвездного корабля, вероятно, будет происходить довольно медленно. С Земли можно будет наблюдать, как огромные радиаторы охлаждения постепенно превратятся в красные, а затем в белые светящиеся точки.

    1) АЛЬФА ЦЕНТАВРА
    Расстояние: 4,3 светового года
    Тип: тройная звездная система с солнцеподобными альфой Центавра А и В и небольшим красным карликом Проксима Центавра.
    Цель: альфа Центавра - наш ближайший сосед. Кроме того, высока вероятность существования на орбите вокруг звезд А и В планет земного типа, так как обе звезды похожи на Солнце.

    2) ЗВЕЗДА БАРНАРДА
    Расстояние: 6 световых лет
    Тип: небольшой красный карлик, на несколько миллиардов лет старше Солнца.
    Цель: возможность существования планет земного типа, в том числе вблизи тусклых красных карликов

    3) 40 ЭРИДАНА
    Расстояние: 16 световых лет
    Тип: 40 Эридана - тройная звезда, в которой только А-звезда напоминает Солнце; возможны планеты земного типа.
    Цель: увидеть звезды В и С, представляющие собой двойную звезду, можно только с планеты, движущейся по орбите вокруг А-звезды. В-звезда - белый карлик размером с Землю.

    4) ГЛИЗЕ 67
    Расстояние: 41 световой год
    Тип: солнцеподобное светило. Тип звезды предполагает наличие планет, схожих с Землей.
    Цель: относительно далекий объект. Возможно наличие планетной системы с подходящими условиями для существования жизни.

    5) 18 СКОРПИОНА
    Расстояние: 46 световых лет
    Тип: настолько похожа на Солнце, что может быть названа его близнецом.
    Цель: вероятно наличие одной или нескольких планет земного типа.
5 ОЧЕВИДНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ПУТЕШЕСТВИЙ

    Проектирование межзвездных кораблей зависит от вида топлива, которое будет использоваться на нем. Недостатком термоядерных двигателей является их низкий КПД, так как в энергию преобразуется только 0,7% массы вещества. Альтернативой термоядерному может стать двигатель на антиматерии. Принцип его работы основывается на реакции между веществом и антивеществом - аннигиляции, в результате которой все топливо превращается в чистую энергию. Однако существуют большие сложности не только с получением антиматерии, но и ее последующим хранением на борту космического корабля, поскольку при малейшем контакте позитронного топлива с кораблем все закончится фатальным взрывом.

К звездам за 2000 лет

    Совершенно иной подход к межзвездным путешествиям состоит в признании того факта, что звезды чрезвычайно далеки от нас и при современном уровне техники нам потребуется очень много времени, чтобы до них добраться. И нужно исходить именно из этого, планируя путешествия, в течение которых произойдет смена многих поколений. Если смириться с такой продолжительностью путешествий, то в качестве космического корабля можно использовать астероид, создав внутри него полое пространство, где смогут находиться люди во время путешествия.

ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВЫ ОТПРАВЯТ КОРАБЛЬ В ДАЛЕКОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ
    Очень популярная идея, возникшая еще в начале 1960-х, состоит в том, чтобы запустить космический корабль, взрывая малые ядерные бомбы позади звездолета. Ряд ученых, в том числе известный физик Фриман Дайсон, провели эксперименты, показавшие, что идея заслуживает внимания. Космический аппарат такого типа должен отличаться особой прочностью конструкции. Кроме того, экипажу необходимо использовать эффективную противорадиационную защиту. Применяются небольшие бомбы, взрывать их нужно очень быстро, до пяти бомб в секунду. Изначально задумывался космический корабль, на борту которого должны были находиться экипаж и материалы для сооружения базы на Марсе. От идеи пришлось отказаться после запрета на проведение ядерных испытаний в атмосфере. Впоследствии расчеты показали, что корабли этого типа способны развивать скорость, равную 10% скорости света, что позволяет преодолеть расстояние до ближайшей звезды менее чем за 50 лет.
ЯДЕРНЫЙ ВЗРЫВЫ ОТПРАВЯТ КОРАБЛЬ В ДАЛЕКОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ
    1 Взрывная волна от нескольких атомных бомб, мощность каждой из которых составляет пару килотонн в тротиловом эквиваленте, направляется через центральное отверстие в космическом корабле. Бомбы детонируют со скоростью несколько единиц в секунду, создавая огромную движущую силу.
    2 Большая металлическая пластина и амортизаторы поглощают энергию, которая частично преобразуется в скорость. Пластина также обеспечивает защиту экипажа от воздействия радиации.
ДЛЯ ЗАЩИТЫ ЭКИПАЖА БУДУТ ПРЕДУСМОТРЕНЫ ЩИТЫ И АМОРТИЗАТОРЫ

    Астероид можно оснастить ядерным двигателем, топливом для которого станут полезные ископаемые самого астероида. Такой способ не очень эффективен, и путешествие даже до ближайших звезд будет весьма продолжительным - скорее всего, оно займет около 2 тыс. лет, в течение которых успеют сменить друг друга 40 поколений. Внутри астероида будет образована экосфера, возможно, с небольшими городами, а также озерными и лесными ландшафтами. Для поддержания привычной для человека силы тяжести астероид будет вращаться вокруг собственной оси. Может так случиться, что за долгое время путешествия население астероида либо забудет о своем происхождении, либо полностью утратит интерес к целям путешествия, в которое их отправили далекие предки. И будет совсем обидно, если астероид на пути к цели опередит скоростной космический корабль, созданный с использованием совершенно новых технологий.

Роботы-зонды в космосе

    Не исключена возможность того, что мы научимся строить космические корабли, способные функционировать на протяжении тысяч лет. Если к тому времени появятся еще и сверхмощные компьютеры, то откроются перспективы для медленного, но эффективного исследования солнечных систем, находящихся по соседству с нами.
    Когда космический зонд пролетает мимо звезды, подобной Солнцу, со скоростью не более 600 км/сек., светило силой своей гравитации способно изменить курс космического разведчика и направить его к новой цели без дополнительных затрат топлива. Это означает, что корабль сможет посетить многие звезды, а не просто пролететь мимо них. Поскольку соседние к нам звезды, как правило, находятся на расстоянии около 4-10 световых лет друг от друга, путешествие между двумя системами со скоростью 600 км/сек. продлится около 2 тыс. лет. Причем при такой низкой скорости для пересечения солнечной системы, похожей на нашу, потребуется от 6 до 12 месяцев. Этого времени вполне достаточно, чтобы зонд на пути своего следования мог исследовать планеты и вступить в контакт с разумными существами при их обнаружении.

ТЕРМОЯДЕРНАЯ РАКЕТА БУДЕТ СОБИРАТЬ ТОПЛИВО ПО ПУТИ
    Одна из проблем межзвездных путешествий - необходимость обеспечить космический аппарат огромным запасом топлива. Прямоточный двигатель Бассарда получает топливо (водород) непосредственно из окружающего космического пространства. Атомарного водорода в космосе очень много, необходимое его количество для запуска термоядерного реактора должна обеспечить воронка из мощного магнитного поля - протяженностью в несколько тысяч километров.
    Для эффективного термоядерного процесса лучше всего использовать два тяжелых изотопа водорода: дейтерий и тритий. Правда, этих изотопов в космосе очень мало. Накопленный водород будет использоваться в качестве расходного материала двигателя. Водород, имевшийся в наличии изначально, заставляет реактор работать, в то время как захваченный водород, проходя через термоядерный реактор, нагревается до плазменных температур и отбрасывается назад с большой скоростью. В принципе межзвездный прямоточный двигатель Бассарда способен развивать скорость, близкую к скорости света, и преодолевать практически неограниченные расстояния.
ТЕРМОЯДЕРНАЯ РАКЕТА БУДЕТ СОБИРАТЬ ТОПЛИВО ПО ПУТИ
    1 Топливные баки на борту обеспечивают водородом термоядерный двигатель вплоть до выхода за пределы Солнечной системы.
    2 Воронка из магнитных полей диаметром б тыс. км захватывает космический водород, необходимый для работы реактора.
    3 После прохождения примерно половины пути за счет полученного водорода топливные баки вновь наполняются.
    4 Корабль разворачивается, и термоядерный двигатель начинает торможение с помощью накопленного в баках водорода.
ВОДОРОД ПОЙМАЮТ В МАГНИТНЫЕ ВОРОНКИ

    Для таких путешествий потребуется общество, сильно отличающееся от нашего, социум, способный запланировать свою деятельность на тысячи лет вперед. Наградой станет постоянное поступление данных с большого количества межзвездных зондов, пересекающих космическое пространство в разных направлениях.

Нужны ли путешествия?

    Во Вселенной существует бесчетное множество миров, и естественно предположить, что где-то существуют другие формы жизни и цивилизации, которые в технологическом плане опережают землян. И тогда возникает вопрос: почему нас еще ни разу не посетил инопланетный корабль?

"РУЧНАЯ" ЧЕРНАЯ ДЫРА ПОСЛУЖИТ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ
    Два американских математика, Луи Крейн и Шон Уэстморленд штата Канзас, считают, что однажды мы сумеем построить звездолет, приводимый в движение черной дырой, созданной человеком. Для этого нужно соорудить солнечный лазер диаметром 250 км. Затем он помещается на орбите Меркурия, где интенсивность воздейтвия Солнца необычайно велика. Энергия накапливается весь год до момента интенсивной вспышки солнечного гамма-излучения. Вследствие этого начинается пульсация лазера. Пучек лучей от лазера фокусируется в точке, где плотность энергии возрастает настолько, что образуется черная дыра весом 1 млн тонн, диаметр которой меньше атомного ядра. Рядом с ней предполагается построить корабль. Черная дыра будет перемещена к параболическому двигателю корабля.
    Принцип работы двигателя заключается в способности черной дыры к медленному испарению. Таким образом сразу после своего образования черная дыра, постоянно уменьшаясь в размерах, становится источником так называемого излучения Хокинга. Зонд приводится в движение энергией черной дыры, и ее ресурсов хватит на многие годы, в течение которых будет продолжаться межзвездная экспедиция.
"РУЧНАЯ" ЧЕРНАЯ ДЫРА ПОСЛУЖИТ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ
    1 Мощный лазер, расположенный вблизи Солнца, концентрирует свои лучи в точке пространства, где должна появиться черная дыра.
    2 Черная дыра перемещается в "машиное отделение" корабля.
    3 Излучение Хокинга сталкивается с "зеркалом" двигателя, способствуя ускорению корабля. Через несколько десятилетий его скорость будет близка к скорости света.
ИЗЛУЧЕНИЕ ХОКИНГА ОБЕСПЕЧИТ ВЫСОЧАЙШУЮ СКОРОСТЬ

    Возможно, потому, что осуществить межзвездные путешествия очень сложно. Если создание космических кораблей, перемещающихся быстрее света, не представляется возможным и подвластно разве что научной фантастике, посетить соседей будет не так-то просто. Другая версия заключается в том, что иных, кроме нашей, технически развитых цивилизаций не существует, или именно мы наиболее далеко продвинулись по пути технического прогресса, и, следовательно, время визита братьев по разуму еще не пришло. Еще вариант: галактики во Вселенной изобилуют цивилизациями, владеющими технологиями быстрого перемещения в межзвездном пространстве, но почему-то намеренно избегают посещения Земли.

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ ПОРАБОТАЕТ ДЛЯ СВЕТЛОГО БУДУЩЕГО
    Для достижения действительно экстремальных скоростей в качестве ракетного топлива была предложена антиматерия. Но производить ее в больших количествах чрезвычайно сложно, поэтому физик Цзя Лю из университета Нью-Йорка предложил использовать темную материю, существующую во Вселенной. Мы не можем увидеть темную материю, но можем почувствовать ее гравитационную силу. По теории Лю темная материя состоит из электрически нейтральных частиц - нейтралинов (neutralinos), которые аннигилируют, выделяя огромную энергию. Идея в принципе довольно проста: в передней части корабля имеется воронка для захвата и накопления темной материи в контейнере. При получении достаточного количества вещества контейнер закрывается, затем сжимается, заставляя нейтралины приблизиться друг к другу настолько, чтобы они столкнулись и превратились в чистую энергию. Затем открывается днище бокса, гамма-излучение вырывается наружу, за счет чего происходит движение космоплана. Нет необходимости брать с собой запасы топлива на все время экспедиции, но темной материи при этом понадобится огромное количество.
ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ ПОРАБОТАЕТ ДЛЯ СВЕТЛОГО БУДУЩЕГО
    1 Открываются всасывающие панели корабля, и начинается процесс накопления темной материи.
    2 Темная материя сжимается до предела, и происходит ее аннигиляция.
    3 Энергия, полученная при аннигиляции, выбрасывается из сопла корабля, позволяя ему развить огромную скорость. Через несколько дней он приблизится к световому барьеру.
К СВЕТОВОМУ БАРЬЕРУ - ЗА НЕСКОЛЬКО ДНЕЙ

"КРОТОВЫЕ НОРЫ" - ТОННЕЛИ В ПРОСТРАНСТВЕ
    Теория относительности Эйнштейна не допускает скоростей больших, чем скорость света. Поэтому физики ищут экстремальные состояния материи и экзотические лазейки во Вселенной.
    «Кротовые норы» - своего рода теоретическая возможность, обходящая постулаты общей теории относительности Эйнштейна. Кротовая нора осуществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю, соединяющему напрямую два города, разделенных высокой горой. К сожалению, «кротовые норы» возможны только в абсолютном вакууме. В нашей Вселенной эти физические артефакты крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как мы отправим сквозь них космический корабль. Но для создания стабильных «кротовых нор» можно использовать эффект Казимира. Благодаря этому эффекту вакуум не совсем пуст, в нем происходят квантовые флуктуации гравитационного поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы, в том числе и микроскопические «кротовые норы».
    Идея состоит в том, чтобы обнаружить одну из них и растянуть, поместив между двумя сверхпроводящими шарами. Одно устье «кротовой норы» останется на Земле, другое космический корабль с околосветовой скоростью переместит к звезде - конечному объекту. По достижении звездолетом пункта назначения «кротовая нора» откроется для реальных молниеносных межзвездных путешествий, продолжительность которых будет исчисляться минутами.
"КРОТОВЫЕ НОРЫ" - ТОННЕЛИ В ПРОСТРАНСТВЕ

ВАРП-ДВИГАТЕЛЬ СКЛАДЫВАЕТ ПРОСТРАНСТВО В ВИДЕ ВОЛН
    С помощью «двигателя искривления» космический корабль может лететь со скоростью, превышающей скорость света. Волны в пространстве-времени создает сам звездолет, поэтому теория относительности не нарушается.
    «Двигатель искривления» (варп-двигатель) искривляет пространство вокруг корабля, фактически получая возможность лететь быстрее света. Популярный научно-фантастический сериал «Звездный путь» (Star Trek) сделал этот термин знаменитым, но над идеей размышляли и серьезные ученые. В 1994 году физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты согласно уравнениям Эйнштейна и нашел теоретическую возможность волновой деформации пространственного континуума. При этом пространство будет сжиматься перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помещается в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью. Гениальность идеи состоит в том, что космический корабль на самом деле покоится в пузыре искривления и законы теории относительности не нарушаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время. Несмотря на невозможность перемещаться быстрее света, ничто не препятствует перемещению пространства или распространению деформации пространства-времени быстрее света, что, в частности, и происходило сразу после Большого взрыва. К сожалению, для создания такого пузыря искривления нам пока не хватает знаний.
ВАРП-ДВИГАТЕЛЬ СКЛАДЫВАЕТ ПРОСТРАНСТВО В ВИДЕ ВОЛН

    Последняя идея хорошо вписывается в общее настроение сборника эссе «Мужчины и галактики» британского астронома Фреда Хойла (1915-2001), где есть следующий комментарий: «...Ну и какая польза будет от того, что люди заселят весь Млечный Путь?.. По-моему, это очень скучно. Не в пример лучше оставить человечество на Земле, а другие существа пусть живут на собственных планетах. Гораздо интереснее возможность существования миллионов планет, населенных различными существами, и я это назвал бы большим зоопарком...» Хойл философствует о том, что во Вселенной сохранится максимальное биологическое и, пожалуй, также предельное культурное разнообразие, если межзвездные путешествия будут невозможны либо очень затруднены. Тем не менее совершенно ясно, что никакие философские соображения не помешают изобретательным ученым и инженерам в любое время попытаться достичь грани возможного. Ни один закон природы не отрицает возможности межзвездных путешествий. Существует немало практических проблем, и если их решение возможно в принципе, когда-нибудь они будут преодолены. И если наша культура сохранится, то в течение нескольких столетий мы обязательно попытаемся добраться до ближайших к нам звезд.
Источник: журнал "SCIENCE ILLUSTRATED" РОССИЯ 

Детальное описание Liebherr KBes 3160 на нашем сайте.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru