Экспансия человечества. Поиск жизни в других мирах

Глава 1. Дедал. Через тернии к звёздам

Звёзды, далёкие и манящие, всегда являлись мечтой человечества. Отдалённые от нас гигантскими расстояниями, они, тем не менее, всегда притягивали и притягивают наш взор. Рано или поздно человечеству придется осваивать иные миры, ибо наш мир станет слишком мал для непрерывно растущего социума. Но как это сделать? Возможна ли в принципе сама мысль о межзвёздных перелетах?

Все вы конечно же смотрели фантастические фильмы, где пилот комического корабля нажимает кнопочку и отправляется со сверхсветовой скоростью восвояси, за тысячи световых лет. Мечта.

Естественно, в фильмах возможно всё, однако мало кто знает, что проект межзвёздного корабля "Дедал" разрабатывался ещё в семидесятые годы двадцатого века группой британских учёных. И базировался он на технологиях, существовавших тогда, или которые вот-вот будут существовать.

Чего этим учёным было не занимать, так это смелости и амбиций. Они начали работу над проектом «Дедал» в 1973 году, и опубликовали окончательный план лишь пять лет спустя. Он заключался в следующем: создать автоматический беспилотный космический корабль, который можно бы было разогнать до 12% от скорости света, то есть до 36000 километров в секунду, и отправить его изучать звезду Бернарда. В то время предполагалось, что у звезды есть две планеты.

После разгона до максимальной скорости «Дедал» должен был долететь до звезды всего за 50 лет, то есть в течение срока жизни человека. Согласно принципам проекта, для ускорения корабля предполагалось использовать только те технологии, что были доступны в тот момент времени. Так что никаких двигателей на антиматерии. Никакой аннигиляции или червоточин вблизи чёрных дыр. Только ядерные взрывы. В семидесятые годы 20 века это был самый мощный источник энергии.

Предложенная британцами конструкция выглядела очень необычно — множество сфер вокруг цилиндрического корпуса. В сферах, как можно догадаться, находились ядерные двигатели. Суть идеи заключалась в том, чтобы серией небольших взрывов разогнать корабль. Каждый последующий ядерный взрыв, расписание которых было составлено на пять лет, придавал бы ему дополнительное ускорение, и, в конце концов, он смог бы разогнаться до умопомрачительной скорости.

Кому-то эта идея может показаться странной, однако она к тому времени была не так уж нова. По другую сторону океана НАСА тоже работала над технологией ядерного двигателя, и здесь можно упомянуть проект «Орион», разрабатывавшийся в 50-х и 60-х. Его пришлось свернуть из-за международных мораториев на испытания ядерного оружия. К счастью, «Дедал» предполагалось разгонять с помощью «таблеток» размером с монету, а не полноценных ядерных бомб, как это было у американцев, так что с соблюдением ограничений у этого проекта всё было в порядке. Но у него были проблемы другого рода.

Несмотря на то, что «Дедалу» не требовалось обычного, очень тяжёлого ракетного топлива, массу корабля не удалось сделать меньше 3000 тонн, что в 18 раз тяжелее всего того, что землянам когда-либо удавалось поднимать за пределы атмосферы. Также довольно скоро выяснилось, что маленьких ядерных «таблеток» было бы недостаточно. Для того чтобы обеспечить корабль и ускорением, и энергией, нужна была реакция ядерного синтеза. Надёжной и стабильной реакции подобного рода до сих пор не найдено. То есть, эта технология не соответствовала принципу "сейчас или очень скоро". Но даже если бы разработчикам «Дедала» удалось преодолеть все описанные препятствия, за ними оказались бы другие, ещё более серьёзные.

Как управлять звездолетом, когда он окажется на полпути к цели? Любой ремонт был бы практически невозможен без достаточно продвинутой системы искусственного интеллекта, которая в семидесятых годах прошлого века целиком находилась в области фантастики. Полёт к другой звёздной системе превратился в мечту, дело далёкого будущего. В конце концов, его возможность практически перестала обсуждаться. Однако, в наш век, время нейросетей и искусственного интеллекта, автономное обслуживание межзвездного летательного аппарата не является столь уж невозможным. Дело за сверхматериалами и сверхэнергией.

Продолжение следует.

Глава 2. Точка отсчета

А сейчас немного отвлечемся, и поговорим, нужна ли вообще экспансия человечества в космос. Ведь бытует точка зрения, что пока мы не накормим всех бедных и голодных, о космосе лучше и не заикаться. Однако это совсем не так.

Все вы прекрасно знаете, уважаемые друзья, что население Земли неуклонно растёт. В 2011 году оно составляло 7 миллиардов человек. К 2050 году ООН прогнозирует численность населения в 9,7 миллиардов, к 2100 году- 12 миллиардов человек. И это только прогнозы, уважаемые друзья. На деле ситуация может быть ещё хуже.

В странах с низкой продолжительностью жизни она увеличивается, так же как и уменьшается детская смертность. Рано или поздно ресурсов всей планеты не будет хватать растущему человечеству. У природы есть то, чего нет у нас- время. Время будет отсчитывать даты- 100, 200, 500, 1000, 5000 лет от нашего рубежа. Ресурсы Земли не бесконечны, рано или поздно она вся будет покрыта предприятиями, производящими продовольствие и изрыта шахтами для добычи полезных ископаемых. Через несколько тысяч лет здесь не останется свободной поверхности в принципе.

Джунгли Африки и Америки будут вырублены, да и вообще все леса исчезнут, а на их месте будут возвышаться города с многокилометровыми зданиями, а вниз, к центру Земли, уходят многокилометровые выработки шахт. Загубленная экосистема, вымершие животные, из которых останутся только крысы и мыши, отравленный воздух, вода. Мутации, болезни, нищета, голод- всё это ждёт нас.

Но задолго до того, как будет вырыт последний килограмм угля, или добыт последний литр нефти, их стоимость будет так баснословна, что большинству населения будет просто не по карману.

Перенаселенность планеты это не когда вся поверхность Земли будет занята людьми. В первую очередь это означает оскудевание природных ресурсов. Например, чтобы произвести один ноубук, нужно добыть и переработать 10 тонн полезных ископаемых. Чтобы произвести один автомобиль-100-200 тонн полезных ископаемых. Однако неизбежно настанет момент, когда полезных ископаемых, добытых на Земле, не будет хватать на производство даже базовых вещей. Не будет такого, чтобы абсолютно каждый человек купил то, что хочет. Ресурсы станут ограниченными. И такая ситуация будет только нарастать. Назад дороги нет.

Если только человечество не посмотрит в небо, ибо там- бесконечность. Бескрайние миры, которые ждут своих хозяев, богатейшие залежи ресурсов, топлива и органики. Только вот будет ли открыт туда путь, уважаемые друзья?

При нынешнем развитии технологий нет. Использование химических ракетных двигателей подошло к пределам прочности применяемых материалов для камер сгорания. Достигнут максимальный удельный импульс ускорения для такого вида топлива. Несколько десятилетий космическая отрасль топчется на месте. Для пилотируемых полётов на Марс и Венеру с большими оговорками использование химических ракетных двигателей осуществимо в принципе, например, полёт на Марс занял бы полгода, столько же заняла бы дорога обратно. Естественно, эти сроки неподобающи для регулярного сообщения, но для разовых научно-исследовательских экспедиций вполне сносны. Однако такие двигатели совсем не подходят для полётов на окраины Солнечной системы, где находятся её основные богатства. Путь только в один конец занял бы годы и десятки лет.

Современные ракеты маломощны, ненадёжны и супердороги, уважаемые друзья. Запуск на орбиту среднетяжёлой ракеты типа Протона-М да и других подобных стоит примерно 100 миллионов долларов. И это без учёта стоимости космического корабля и груза. Причём вы выводите на орбиту 6 тонн груза, включая вес космического корабля, а из них полезными являются только 2-3 тонны. Мы запускаем в космос баснословные богатства, дорогие друзья!

Конечно же, несовершенство технологии пока очень сильно тормозит колонизацию космоса. Это касается космических двигателей, материалов и финансовой доступности всего этого. Что значит космическая экспансия? Я думаю, она возможна только тогда, когда доступность космических перемещений будет идентична нынешней поездке в другую страну.

Вот, например, показали по ТВ рекламу, что спутники Сатурна ждут вас. Гарантированы высокая зарплата, работа на шахте по добыче полезных ископаемых, комфортное жильё, магазины, детский сад, больница прилагается. Вот, это уже 100 процентная космическая экспансия.. И билет на космический полёт стоит примерно как на трансатлантический рейс.

Однако физические законы не обойдёшь дорогие друзья. Если вы решили всерьёз покорить космос, нужны в первую очередь, материалы, уникальные сверхпрочные материалы, которых пока не изобретено и даже в принципе не просматривается путей разрешения задач по хотя бы научному обоснованию теорий получения материалов, не говоря уж о прикладной технолонии.

Ведь материалы нужны уникальные, которые способны выдерживать огромную нагрузку против разрушения, материалы, имеющие рекордную жаропрочность и в перспективе, способные выдерживать температуру до миллиона кельвинов, например, для камер сгорания термоядерных двигателей. Нужны материалы, которые будут способны сдерживать космическое излучение.

Когда вы находитесь даже на земной орбите, на той же МКС, орбита не считается совсем уж открытым космосом. Земное магнитное поле надёжно защищает вас от солнечного ветра, от жёсткого губительного излучения, которое буквально пронизывает открытый космос во всех направления. А особенно межзвездное пространство, не защищенное гелиопузырем.

Американцы, когда летали на Луну, составляли примерный прогноз солнечной активности, чтобы не было вспышек, присущих нашему светилу, которые посылают мощнейшие волны радиации. Если на таком небольшом расстоянии ещё можно уберечься от излучения, то при полётах в открытый космос оно будет представлять серьёзнейшую проблему.

Есть два способа её решения- создавать на космическом корабле магнитную установку, которая будет создавать вокруг корабля магнитное поле, идентичное земному, либо полностью покрывать корабль тяжёлой бронёй. И тот и другой способ означают дополнительную нагрузку на двигательную установку и уменьшение полезной массы.

Другая опасность это метеориты и космическая пыль. Мало разогнать космический корабль до скорости в несколько сот или даже тысяч километров в секунду. Какой в этом смысл, если удар о корпус корабля мельчайшего осколка камня размером в сантиметр будет подобен взрыву мощнейшей бомбы, а удар метеорита весом в несколько килограммов будет подобен взрыву ядерной бомбы по мощности, способным разрушить космический корабль до основания. Так что, как видите, уважаемые друзья, нужны сверхматериалы, способные выдерживать такие удары, нужны системы стабилизации корабля, которые при таких ударах не дадут кораблю сбиться с курса.

Возможно, мощная энергетическая установка решила бы проблемы с метеоритами и радиацией путём создания защитного поля, но увы, таких установок пока не создано.

Следующей огромной проблемой является доставка людей и материалов на орбиту Земли. Сейчас уже ясно, что межпланетные и межзвездные космические корабли не будут напрямую стартовать с Земли. Это потребовало бы гигантских супер ракет, весом в тысячи и миллионы тонн эксплуатация которых была бы крайне, нестабильна и опасна. Да и даже по малейшим прикидкам межпланетный корабль будет иметь такие размеры, вес и форму, что ни одна ракета на орбиту его не выведет. А если и выведет, то атмосфера Земли быстро будет испорчена такими стартами.

Самое перспективное средство доставки грузов и людей на орбиту Земли это космический лифт. Суть его в том, что к объекту, находящемуся за геостационарной орбите Земли привязывают супертрос, по которому скользит грузовая платформа на орбиту Земли и обратно. Работы и научные разработки над этой задачей ведутся. И главная загвоздка в материале для троса. Ведь он должен быть одновременно и очень тонким, легким, в идеале вообще не иметь своего веса. И в то же время очень прочным.

Самым перспективным материалом для троса космического лифта считается трос, сделанный из углеродных нанотрубок. Но это материал только недавно открыт и толком еще не изучен.

В кратце я описала основные проблемы, которые стоят сейчас перед человечеством при освоении космоса.

А дальше поговорим о практических и теоретических разработках, или уже готовых, или только существующих в лабораториях, но готовых вот вот выйти в свет.

Вы никогда не задумывались, дорогие друзья, откуда берётся электрическая энергия для космического корабля или для той же МКС? Зря. Ведь в космосе получить электроэнергию весьма проблематично. Например, если вы находитесь во внутренней части Солнечной системы или на орбите Земли, то безусловно, энергия будет вырабатываться с помощью солнечных батарей, которые подзаряжают батареи аккумуляторные. Мощность конечно же, невесть какая, но на освещение, работу станции и систем жизнеобеспечения хватает.

А откуда берут энергию межпланетные станции? Вояджер, Кассини, Новые Горизонты, исследующие окраины Солнечной системы, где царит вечный мрак, а Солнце кажется лишь одной из тысяч других ярких звёзд? Всё правильно, дорогие друзья, они питаются от радиоизотопных термоэлектрических генераторов, суть ядерных реакторов. Только вот мощность данных реакторов, учитывая ограниченный объём и вес космического аппарата, всего -то ватт 300-500.

Да да, уважаемые друзья, вы не ослышались- мощность вырабатываемой реактором энергии, тех же Новых Горизонтов, исследовавших Плутон и его спутники, равна мощности, потребляемой вашим плазменным телевизором и аудиосистемой, когда вы слушаете музыку. При этом вес реактора составляет примерно 200 килограммов, включая около 10 килограммов топлива- оксида плутония либо урана 235. Такой реактор может работать 10-15 лет, при этом его мощность будет падать каждый год на 5 процентов. Однако на автоматической станции немного приборов, требующих большое энергоснабжение. Большую часть пути она летит в состоянии гибернации, энергия тратится только на поддержание температурного режима внутри корпуса, который должен быть не ниже -20 градусов.

Когда станция проходит контрольные точки, она оживает, посылает данные на Землю, включает системы корректировки курса, питание двигателей, фотокамеры и научные приборы вкупе с бортовым компьютером. Мощности в 500 ватт для этих целей вполне достаточно.

Совсем другое дело межпланетный космический корабль с экипажем на борту. Здесь требуемая мощность для функционирования корабля, двигательной установки, систем жизнеобеспечения, должна быть колоссальной. Но чем выше мы будем повышать мощность корабельного ядерного реактора, тем более будет возрастать его вес, который при мощности в мегаватт, например, составит уже половину веса атомной подводной лодки с соответствующей инфраструктурой и обвязкой. Такой вес никогда не поднять в космос ни одной ракетой.

Однако выход был найден, дорогий друзья, причём он всегда лежал буквально под ногами. Часть разработок вела своё летоисчисление из 1960 годов прошлого века, когда космосом заведовал ещё великий Королёв. Речь идёт об ионных двигателях, плазменных двигателях и электромагнитных ракетных ускорителях. Названий много, суть и принцип работы примерно одни.

Ионный двигатель на спутниках и космических аппаратах используется давно, но используется лишь для корректировки курса либо орбиты. Для получения достаточно сильного тягового импульса для него требовалась приличная мощность, которую не удавалось получить при ограниченных мощностях солнечных батарей и маломощных ректорах.

Скажу лишь, что эти технологии не развивались, поскольку требовали мощного источника энергии на борту корабля. И он был создан российскими учёными. Называется ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса.

Отдельные части реактора были испытаны в наземном варианте, и в условиях космоса. Многое, связанное с работой над установкой, засекречено. Но по многим данным, сейчас космический корабль на стадии сборки, первый старт состоится в 2030 году в миссии на Марс.

С данным типом двигателя дорога к Марсу займёт три - четыре недели, а на окраины Солнечной системы полтора- два месяца. В теории этим двигателем возможно достижение скорости в 20 процентов от световой и создании межзвёздных автоматических зондов.

На данный момент это самая современная и практически реальная технология, находящаяся на стадии материального воплощения.