Вторник, 16 августа, 2022

Отцы и дети: что такое корабль поколений?

Время на чтение 7 мин.

Межзвездные путешествия остаются утопической мечтой. Возможно, само устройство Вселенной подсказывает нам: сидите дома и не высовывайтесь. Установленный законами физики предел скорости перемещения — скорость света в вакууме — не оставляет нам шансов на то, чтобы добраться даже до ближайших звезд за более-менее адекватное человеческой жизни время. Но что, если мы снимем с себя это ограничение? Такой принцип заложен в идее межзвездного ковчега, или корабля поколений.

Звездный Mayflower

В чем же смысл корабля поколений? Если уж мы не можем полететь к другой звезде достаточно быстро, то давайте попробуем делать это достаточно долго. В таком случае нам не нужно придумывать гипердвигатели или что-то в этом вроде — можно обойтись существующими технологиями, ведь нам важно не разогнать корабль, а достаточно долго поддерживать его живучесть. Полет в другую систему займет сотни, если не тысячи, лет, поэтому нужно сосредоточиться на том, чтобы колонисты (а вернее, их потомки) дожили до момента прибытия на новую Землю.

Корабль поколений рассчитан на то, чтобы поддерживать небольшую человеческую популяцию. Колонисты, стартовавшие с Земли, никогда не увидят другую планету. Вероятнее всего, до цели доберутся только их прапра… внуки, и задача сменяющихся поколений поддерживать работу звездолета. Поскольку взять с Земли достаточное количество припасов для такого длительного путешествия невозможно, то корабль должен быть экипирован всем необходимым для производства энергии, пищи, воды, кислорода, искусственной гравитации и удаления отходов. В принципе, все технологии для его строительства у нас уже есть (по крайней мере, на бумаге).

Путь длиной в тысячу световых ли

Корабль поколений представляет собой скорее огромную космическую станцию. Чтобы оставить место для жизненно необходимых запасов и экипажа, у него нет больших двигателей и огромного запаса топлива (мы ведь помним, что скорость для нас не важна). Звездолет должен быть оснащен небольшими маневровыми установками, которые позволят ему корректировать курс и затормозить по мере приближения к цели. Раз уж корабль должен вместить множество людей (сколько именно — поговорим ниже), то, разумеется, его размеры не позволят ему стартовать с поверхности Земли. Звездный ковчег придется собирать так же, как собирали, например, МКС. Лучше всего это делать в одной из точек Лагранжа для Земли и Солнца — это такая точка, в которой наш корабль останется неподвижным, если на него будет воздействовать только гравитация планеты и звезды (в одной из таких точек, кстати, находится телескоп «Джеймс Уэбб»).

Когда мы все соберем и загрузим, кораблю необходимо будет придать первоначальное ускорение. Это может сделать отделяемым разгонным блоком и использовать, например, идею направленных ядерных взрывов, которую предложил еще в 1955 году математик Станислав Улам.

Что же будет на борту помимо колонистов? Для жизнеобеспечение необходимо создать, по сути, замкнутую экосистему, в которой будет производиться еда, вода и воздух в количестве, достаточном для всего экипажа. Также необходим надежный и долговечный источник энергии, например ядерный реактор. Для посадки на целевую планету понадобятся возвращаемые спускаемые аппараты. Наконец, чтобы экипаж не сошел с ума от тоски, придется нагрузить корабль порядочным количеством разнообразных развлечений.

Подходящий размер

Сколько человек нужно послать к другой планете, чтобы миссия точно удалась? Этим вопросом задалась команда под руководством доктора Фредерика Марина из Университета Страсбурга. Они использовали методы Монте Карло (это группа численных методов, которые позволяют моделировать случайные события), чтобы оценить, какое количество ресурсов понадобиться, чтобы добраться до экзопланеты Проксима b. Исследователи опубликовали три статьи в Journal of the British Interplanetary Society (pdf, pdf, pdf), посвященные проблеме.

Проксима b — ближайшая к нам известная экзопланета, которая вращается вокруг системы Альфа Центавры и находится в зоне обитаемости. Группа Марина разработала программу Heritage, которая учитывает все возможные сценарии, моделирует их и проверяет, как то или иное событие отразится на дальнейшей судьбе миссии. Продолжительность полета исследователи взяли произвольную, рассчитывая на то, что к моменту запуска миссии мы сможем достичь хотя бы десятых долей скорости света и доберемся до экзопланеты примерно за 200 лет.

Учитывая самые разные демографические факторы, а также форс-мажорные варианты вроде поломок, эпидемий и прочих катастроф, программа пришла к выводу, что для успешности миссии необходим экипаж, состоящий минимум из 98 человек, однако чем меньше людей будет на борту, тем выше вероятность того, что полет окажется провальным — при 32 людях скорее всего так и случится.

Также ученые попытались выяснить, какого размера корабль поколений нам понадобится. Учитывая приведенную выше закономерность, они взяли экипаж в 500 человек. Оказалось, что для полноценного прокорма понадобится всего 0,45 квадратных километра искусственной почвы. Предположив, что людям на борту все же понадобится искусственная гравитация, созданная с помощью центробежной силы вращающегося цилиндра, ученые выяснили, что радиус корабля должен составлять минимум 224 метра. Поскольку в звездолет можно вместить еще кучу всего полезного, то его размер нужно увеличить как минимум в несколько раз. Хотя размеры кажутся монструозными, можно вспомнить, что самый высокий небоскреб в мире — Бурдж-Халифа — имеет высоту более 800 метров. Так что опыт строительства сооружений подобного масштаба у нас есть (но, конечно, не в космосе).

Проблемы остаются

Допустим, завтра мы решили всем миром строить корабль поколений. Что может нам помешать?

Во-первых, это будет самым большим сооружением, которое мы когда-либо возводили в космосе. Поэтому нам понадобятся не только инженеры, конструкторы, но и архитекторы, которые знают, как работать с подобными масштабами. Так что с нуля придется создать новую отрасль — космическую архитектуру.

Во-вторых, у нас плоховато со средствами доставки. Нам понадобятся сотни тяжелых и сверхтяжелых ракет-носителей, чтобы сначала организовать некое «сборочное производство» на орбите, а затем доставлять туда необходимые материалы. Например, находящийся сейчас в точке Лагранжа L2 телескоп «Джеймс Уэбб» в случае неисправности починить будет невозможно — у нас просто нет такой техники.

В-третьих, нам нужно будет очень много денег. Реально очень много. Стоимость МКС, самого дорогого космического проекта в истории человечества, оценивается в 150 миллиардов долларов. И это объект длиной 110 метров и массой всего 440 тонн. Корабль поколений будет в десятки или сотни раз массивнее и сложнее.

С экипажем тоже могут возникнуть трудности. Даже находясь на МКС, защищенной магнитным полем Земли, космонавты испытывают негативное воздействие космической радиации. В межзвездном пространстве люди будут постоянно подвергаться настоящей бомбардировке, которая приведет к развитию онкологических заболеваний и мутаций. Корабль должен обладать мощной биологической защитой, чтобы не допустить этого. Но даже если мы сможем решить физиологические проблемы, остаются психологические: каждый на корабле будет понимать, что он до конца своих дней обречен оставаться в замкнутом пространстве с одними и теми же людьми без всякого шанса увидеть результат своего труда. Как тут не сойти с ума? К тому же нет никакой гарантии, что цель себя оправдает. Будем честны: наши возможности определять свойства экзопланет весьма ограничены. Мы лишь предполагаем, какой будет та же Проксима b. И что делать, если по прошествии сотен лет полета окажется, что корабль прибыл к совершенно непригодной для жизни планете? Лететь дальше? Но куда?

И самый главный аргумент против корабля поколений: реализация проекта и сам полет займет сотни, если не тысячи лет, на него будут потрачены огромные средства и усилия. Вдруг за века, которые экипаж проведет в космосе, человечество создаст технологию для быстрого перемещения между звездами (тем более что мы уже знаем, что такие полеты принципиально возможны)? Тогда получится, что все усилия и потраченные жизни были зря.

Как бы там ни было, а корабль поколений сегодня, пожалуй, единственный реализуемый вариант того, каким образом человечество может достичь других планет. А стоит ли игра свеч — вопрос дискуссионный.

Изображение на превью: NASA’s Ames Research Center / Rick Guidice

1 COMMENT

  1. Всё это сводится к нулю одним простым физическим фактором: куда сбрасывать лишнюю энергию? Как ни считай, ничего не получается, рост массы, потребной для обеспечения охлаждения, гораздо выше роста массы на любые другие нужды.

Оставьте ответ

Пожалуйста, введите свой комментарий!
Пожалуйста, введите ваше имя здесь

Enter Captcha Here : *

Reload Image