Идеи межзвездных путешествий. Связь с реальностью.

Рассказать всей Вселенной!

• 1

  Поделиться

В 1960 году американский физик Роберт Бассард предложил оригинальную идею. Для осуществления межзвездных путешествий им предлагалось использовать специальный прямоточный двигатель.

Для эффективного и быстрого полета к другим звездам необходимо развивать огромные скорости. И это обстоятельство является большой проблемой ракетостроения. Помимо полезной нагрузки космический корабль должен нести с собой огромное количество топлива. Предложенная Бассардом концепция аккуратно обходит эту проблему. Водород, который можно использовать в качестве топлива, можно добывать прямо из межзвездной среды. И использовать этот водород для работы термоядерного реактора. А он, в свою очередь будет создавать необходимую тягу.

Проблемы и решения

Первоначально проект Бассарда предусматривал механический захват атомов водорода космическим кораблем в процессе его движения. Однако расчеты показали, что для достижения «идеального» ускорения в 1 g в типичных областях межзвездного пространства, где содержание атомов водорода на единицу объема крайне мала, 1000-тонному космическому кораблю потребуется фронтальная зона сбора размером около 10 000 квадратных километров. Даже если предположить, что технологии будущего позволят построить подобный сборщик водорода, его масса будет просто колоссальна Например, конструкция площадью 10 000 квадратных километров, изготовленная из майлара, и имеющая толщину 0,1 сантиметра, будет весить около 250 000 тонн.

Одним из способов решения этой проблемы является ионизация водорода перед космическим кораблем с помощью мощного лазера. Ионы водорода, имеющие электрический заряд (то есть, по сути, протоны) смогут втягиваться относительно небольшим коллектором Бассарда, который генерирует мощное магнитное поле. Процесс «сбора урожая» будет иметь электромагнитную природу, а не механическую. Поэтому сборщик не обязательно должен быть твердым. Можно использовать и сетку. И она не должна будет быть нереально большой. Поскольку магнитное поле может иметь конфигурацию, превышающую по размеру физические размеры сборщика материи.

Однако и в этом случае имеются проблемы. Одной из них является огромная мощность, необходимая для генерации магнитного поля коллектора Бассарда. Ну и не нужно забывать об ионизирующем лазере. Еще одна проблема заключается в то, что двигатель будет работать только тогда, когда космический корабль наберет достаточную скорость, чтобы собирать межзвездную материю в нужных количествах. Поэтому для ускорения космического корабля до критической скорости необходима какая-то первичная силовая установка. Одна должна разогнать корабль до скорости не менее 6% скорости света.

Путешествие к звёздам: мифы и реальность

Писатели-фантасты и режиссеры-фантасты давным-давно потчуют нас представлениями человечества, разбросанного по Вселенной, так что если вы или ваши родственники думали, что мы давно уже стали звездным видом, вам можно это простить. К сожалению, нам предстоит преодолеть еще немало технических ограничений, чтобы сделать эту сказку былью. К примеру, законы физики.

И все же несколько финансируемых из частных источников инициатив — вроде Tau Zero Foundation, Project Icarus и Breakthrough Starshot — получили развитие совсем недавно, каждая из которых надеется подвинуть космос ближе к нам. Августовское открытие планеты размером с Землю также вселило в нас новую надежду на посещение другого мира. И если Марс мы должны покорить уже до конца этого столетия, как быть с остальным миром?

Возможно ли путешествие к другим галактикам? Какого рода космический аппарат мог бы нас к ним отвезти?

Куда лететь?

Куда мы сможем отправиться? Во Вселенной больше звезд, чем песчинок на Земли — около 70 000 000 000 000 000 000 000 — и миллиарды из них, по разным оценкам, имеют от одной до трех планет в потенциально обитаемой зоне, зоне Златовласки, в которой не слишком жарко и не слишком холодно.

На данный момент, раз уж мы только начинаем, лучшим претендентом на экскурсию является наш ближайший звездный сосед — тройная звездная система Альфа Центавра, в 4,37 светового года от Земли. В этом году астрономы Европейской южной обсерватории обнаружили планету размером с Землю, которая вращается вокруг красной карликовой звезды Проксима Центавра. Планета, которая получила название Проксима b, имеет массу в 1,3 земной, но также очень тесно расположена к Проксиме Центавра: она совершает полный оборот вокруг своего солнца за 11 земных дней. Что особенно заинтересовало охотников за экзопланетами, так это то, что планета находится в нужном температурном диапазоне, обеспечивающем существование жидкой воды, а уж она-то точно является маркером потенциальной обитаемости.

Недостатком является то, что мы не знаем, имеет ли эта планета атмосферу. А учитывая ее близость к Проксиме Центавра — ближе, чем орбита Меркурия к Солнцу, — она наверняка будет подвержена воздействию опасных солнечных вспышек и излучения. Также она приливно заблокирована, то есть обращена к своей звезде только одной стороной.

Как мы туда попадем?

Это вопрос на 64 триллиона долларов. Даже на самой быстрой скорости, которую могут позволить наши текущие технологии, путь к Проксиме b займет 18 000 лет. И есть все шансы, что наши земные потомки прибудут туда задолго до нас и заграбастают всю славу. Но много светлых голов — и глубоких карманов — занимаются поиском способов быстрого преодоления космического пространства.

Breakthrough Starshot — план на 100 миллионов долларов, предоставленных российским миллиардером Юрием Мильнером, — планирует отправить крошечный беспилотный зонд, подгоняемый легким парусом, который, в свою очередь, будет «раздувать» наземный лазер. Идея заключается в том, что если космический аппарат будет достаточно мал — меньше грамма — а парус достаточно легким, лазера будет достаточно, чтобы постепенно разогнать его до одной пятой скорости света. Путешествие к Альфе Центавра с такой скоростью займет 20 лет. Мильнер рассчитывает на миниатюризацию технологий, которая позволит оснастить крошечный аппарат камерой, подруливающими устройствами, источником питания, связью и навигационным оборудованием, чтобы он смог доложить о прибытии в место назначения, а заодно прислать пару фотографий. Если этот план удастся, он может заложить основу для следующего этапа освоения космоса: с непосредственным участием людей.

Как насчет варп-двигателя?

В сериалах типа «Звездного пути» все казалось таким простым. Но сегодня законы физики говорят нам, что путешествия быстрее света — или даже на скорости света — невозможны. Проект NASA Evolutionary Xenon Thruster представляет собой ионный двигатель, который, как полагают, мог бы разогнать космический аппарат до скорости в 145 000 км/ч, используя лишь малую часть топлива, необходимого современной ракете.

Но даже на такой скорости мы не сможем уйти далеко от Солнечной системы, не заделав по дороге внуков и правнуков. Пока мы не научимся деформировать пространство и время, межзвездные путешествия будут очень и очень медленными. О таком путешествии можно думать как о конечном пункте назначения, а не как о средстве для достижения этого пункта.

Как пережить межзвездное путешествие?

Варп-двигатели и ионная тяга звучат прекрасно, но от них будет мало пользы, если наши межзвездные странники умрут от голода, обезвоживания или задохнутся задолго до того, как покинут нашу Солнечную систему. Нам пора задуматься об экосистеме, которую межзвездное человечество сможет обустроить между этих самых звезд. Нужно переходить от промышленного взгляда на реальность к экологическому.

Рейчел Армстронг, профессор экспериментальной архитектуры в Университете Ньюкасла в Великобритании, разъясняет эти слова: «Дело в заселении пространств, а не просто в создании знаковых объектов», говорит она. Внутри космического аппарата или космической станции сегодня стерильная и промышленная среда. Армстронг считает, что нам нужно задуматься об этих суднах с экологической точки зрения — о растительности, которую можно в них выращивать, о типах почвы, которую нужно взять с собой. В будущем это превратится в гигантские биомы, полные органической жизни, вместо холодных, металлических ящиков, которые мы наблюдаем сегодня.А нельзя просто проспать всю дорогу?

Криосон, гибернация, спячка или стазис в той или иной форме часто предлагаются как удобное решение неудобной проблемы поддержания людей в живом состоянии на протяжении долгого путешествия, которое может затянуться больше чем на одну жизнь. Объект, на котором полно замороженных тел и голов в Alcor Life Extension Foundation — это свидетельство человеческого оптимизма, что однажды мы научимся размораживать людей. Но пока таких технологий не существует.

Предлагают также отправить замороженные эмбрионы, которые могли бы пережить все трудности, поскольку не нуждаются ни в еде, ни в воде, ни в дыхании. Но кто будет взращивать этих людей, когда они прибудут?

Повод для оптимизма есть. С самого начала человеческого существования мы смотрели на звезды и проецировали на них свои надежды и страхи, тревоги и мечты, говорит Армстронг. Но раз уж такие проекты, как Breakthrough Starshot, получают развитие, это уже не мечта — это уже эксперимент.

Межзвездная ракета

Модифицированная конструкция, известная как RAIR (межзвездная ракета с увеличенной массой поршня), предложенная Аланом Бондом в 1974 году, использует накопленный межзвездный водород не как топливо, а просто как реакционную массу. Поступающий поток протонов замедляется примерно до 1 МэВ, а затем ими бомбардируется мишень из лития-6 или бора-11. Слияние литий-протон или бор-протон легко инициировать. При ней высвобождается больше энергии, чем при другом любом типе реакции термоядерного синтеза. Вырабатываемая таким образом энергия выбрасывается из реактора. В выпускном патрубке часть энергии заворачивается назад, и используется для торможения потока протонов.

Так называемый катализатор RAIR предлагает еще более эффективный подход. После торможения входящего потока протонов к нему добавляется небольшое количество антивещества. В ходе этой реакции энергии выделяется меньше. Но она происходит при гораздо более низких температурах. Однако, с другой стороны, для успешного межзвездного полета потребуется большое количество антивещества.

Эта тема будет обсуждаться на предстоящем форуме в Сиднее

Межзвездный космический аппарат станет одной из тем обсуждения на всемирном форуме в Сиднее, который пройдет в ноябре этого года. Участники мероприятия обсудят возможность полета в другие галактики, а также модернизацию космических аппаратов.

Лещенко уверяет, что за границей они с Пугачевой чувствовали себя свободно

Эксперты советуют рассматривать обувь на модели перед заказом онлайн

Не стесняюсь делать много дырок в пироге с корицей: пропитывается отлично

Обнаружение экзопланет

Экзопланета — это планета за пределами нашей Солнечной системы. Хотя первое научное обнаружение экзопланеты состоялось только в 1988 году, на 1 мая 2020 года было обнаружено 3608 экзопланет в 2702 планетарных системах. Хотя некоторые из них напоминают планеты в Солнечной системе, среди них есть много необычных, например, с кольцами в 200 раз шире колец Сатурна.

В чем причина такого наводнения открытий? Существенное совершенствование телескопов.

Всего 100 лет назад крупнейшим телескопом в мире был телескоп Хукера с зеркалом в 2,54 метра. Сегодня Очень Большой Телескоп Европейской южной обсерватории состоит из четырех больших телескопов диаметром 8,2 метра и являет собой самую продуктивную наземную астрономическую установку, выдающую по одной научной статье на экспертный обзор в день.

Ученые используют ОБТ и специальный инструмент для поиска твердых внесолнечных планет в потенциально обитаемой зоне звезды. В мае 2020 года ученые, использующие телескоп TRAPPIST в Чили, нашли не одну, а сразу семь экзопланет земных размеров в потенциально обитаемой зоне.

Между тем в космосе космический аппарат NASA Кеплер, специально разработанный для этой задачи, уже идентифицировал более 2000 экзопланет. Космический телескоп Джеймса Уэбба, который будет запущен в октябре 2020 года, обеспечит беспрецедентное представление о том, могут ли экзопланеты поддерживать жизнь. «Если у этих планет есть атмосфера, JWST станет ключом к раскрытию их секретов», говорит Дуг Хадгинс, ученый программы экзопланет в штаб-квартире NASA в Вашингтоне.

Существует много неясностей

Пока неясно, есть ли у этой планеты атмосфера. Учитывая близость Проксима b к своему карликовому светилу Проксима Центавра (это расстояние меньше, чем орбита Меркурия вокруг Солнца), при отсутствии атмосферы планета может подвергаться опасным звездным вспышкам и воздействию радиации. Эта планета вращается вокруг своей оси синхронно со своим светилом, а это значит, на половине территории всегда день, а на половине — всегда ночь. По предварительной оценке астрономов, скорее всего, там наблюдается картина, подобная синхронизированным вращениям Земли и Луны. Если Проксима b может быть обитаемой, такое явление полностью изменит наше привычное представление о смене дня и ночи.

Авто с крутой цифровой панелью ‘Pure Panel’: Opel тестирует Teases 2021 Mokka

Плеваться не разрешается: как COVID-19 изменил привычку жителей Индии

Блины на диете — просто: рецепт протеинового лакомства без сахара или масла

Легкий парус

Парус должен быть сделан из материала, который будет иметь высокую отражательную способность (чтобы набрать максимальный импульс от лазера), минимально поглощающий (чтобы не сгорел от тепла) и при этом очень легкий (позволял быстро разогнаться). Три эти критерия чрезвычайно важны, и в настоящее время подходящего материала для них просто не существует.

Необходимые достижения могут прийти от автоматизации искусственного интеллекта и ускорения обнаружения новых материалов. Такая автоматизация дошла до того, что методы машинного обучения сегодня могут «генерировать библиотеки кандидатов на подходящие материалы в десятки тысяч позиций» и позволяют инженерам определить, за какие стоит бороться и какие стоит тестировать при определенных условиях.

Лазеры

Тысячи мощных лазеров будут использоваться для продвижения аппарата вместе с парусом.

Лазеры подчинялись закону Мура почти так же, как интегральные схемы, умножая мощность вдвое через каждые 18 месяцев. За последнее десятилетие произошло резкое ускорение масштабирования мощности диодных и волоконных лазеров. Первые пробили 10 киловатт из одномодового волокна в 2010 году и 100-киловаттный барьер через несколько месяцев. В дополнение к сырой мощи нам также нужен успех в объединении фазированных матричных лазеров.

Какова наша первая цель?

Во Вселенной звезд больше, чем песчинок в мировом океане. Миллиарды из них (около одной трети из всех существующих) находятся в так называемой «зоне Златовласки». Эти светила не холодные и не горячие, а это значит, вокруг них возможна жизнь. К потенциально обитаемым областям относится наш ближайший звездный сосед – тройная звездная система Альфа Центавра, которая расположена на расстоянии 4,37 световых лет от Земли.

Несколько месяцев назад астрономы обнаружили в этой системе «землеподобную» планету, совершающую вращение вокруг красного карлика Проксима Центавра. Небесное тело обозначили как Проксима b. Масса открытой планеты по меньшей мере в 1,3 раза больше массы Земли. Астрономы уже высчитали, сколько по времени займет путешествие вокруг орбиты Проксима b – 11 земных дней. Там соблюдается нужный температурный диапазон для существования жидкой воды. Это могло бы стать веским аргументом для выбора цели для первого межзвездного путешествия. Однако для ученых существует много вопросов.

Скорость

Наша способность быстро двигаться… двигалась быстро. В 1804 году был изобретен поезд и очень скоро набрал неслыханную скорость в 100 километров в час. Космический аппарат «Гелиос-2» затмил этот рекорд в 1976 году: в самый быстрый момент «Гелиос-2» удалялся от Земли на скорости 356 040 км/ч. Спустя 40 лет космический аппарат «Новые горизонты» достиг гелиоцентрической скорости в 45 километров в секунду (более 200 000 километров в час). Но даже если двигаться с такой скоростью, потребуется много времени, чтобы добраться до Альфы Центавра за четыре световых года от нас.

Хотя разгон субатомных частиц до околосветовой скорости стал обычным делом для ускорителей частиц, макроскопические объекты так разогнать не получалось. Достижение 20% скорости света станет 1000-кратным увеличением скорости для любого объекта, построенного человеком.

Инженер NASA придумал двигатель для межзвездных перелетов

Инженер Дэвид Бернс из Центра космических полетов им. Маршалла NASA предложил творческую альтернативу классическим двигателям на жидком топливе. Его разработка — массивный двигатель в форме спирали, приводимый в движение ускорителем частиц. Бернс называет это устройство «спиральным двигателем». Саму идею, представленную в серии слайдов, можно найти на сервере технических отчетов агентства.

«Этот космический двигатель можно было бы использовать для длительных миссий спутниковых станций без дозаправки. Он также может перемещать космические корабли на межзвездные дистанции на околосветовых скоростях», рассказывает Бернс в своем предложении.

Конструкция, в сущности, основана на простом эксперименте, который использовался для демонстрации третьего закона движения Ньютона. Вес, который движется по прямому стержню, заставит коробку, в которой этот стержень находится, двигаться вперед и назад вдоль поверхности без какого либо трения — ведь по факту у этого движения нет никакого направленного ускорения.

Вместо веса на стержне Бернс предлагает перемещать ускоритель частиц вперед и назад по спирали, причем масса его увеличивается по мере движения в прямом направлении и уменьшается по мере движения назад. Таким образом, когда вращающееся ионное кольцо попадает в переднюю часть отсека, оно вызывает ускорение, направленное вперед. Инженер считает, что если придать спиральному двигателю достаточную мощность и дать ему время, то с помощью ускорителя частиц он мог бы достичь почти световых скоростей.

Технологии

Google интегрировал аналог Zoom и Slack прямо в почту

На данный момент этот концепт еще очень далек от стадии практического воплощения. NASA не объявляло о том, что начнет разрабатывать прототип такого двигателя, а многие ученые и вовсе скептически относятся к подобному проекту.

Во-первых, текущая версия двигателя может набрать достаточный импульс лишь в космосе, абсолютно свободной от трения среде. Если попытаться провернуть нечто подобное на Земле, потребовалась бы тонна энергии, около 125 мегаватт (столько обычно потребляет небольшой город), чтобы получить всего один ньютон выхода. Один ньютон мы затрачиваем, к примеру, чтобы набрать на клавиатуре короткий текст.

Во-вторых, сам двигатель должен быть огромных размеров. Бернс сообщил New Scientist, что для создания фактического импульса он должен быть примерно 200 метров в длину и 12 футов в диаметре. Для справки, длина всей Международной космической станции составляет всего 109 метров. Так что, по мнению самого Бернса, такой движок лучше всего подойдет для питания большого космического корабля.

Несмотря на то, что в текущем состоянии данный проект слишком уж неэффективен, его не стоит окончательно списывать со счетов. В конце концов, в будущем его концепт может стать основой для гораздо более реалистичного и практичного двигателя, который в один прекрасный день позволит человечеству покинуть пределы родной звездной системы и отправиться навстречу иным звездам.