Технополис завтра
Самое важное. Самое полезное. Самое интересное...
Новости Интересное

crustgroup: Австралопитеки на пути к Альфе Центавра. Часть вторая

20.05.2016

Знакомьтесь, это наш предок, Хомо эректус. По сути именно эректусы впервые создали устойчивую материальную культуру, развитем которой мы сейчас и пользуемся. Вот тут ещё много всего о них.

В первой части своего рассказа я оставил читателей на полпути, продемонстрировав им зонд с электрическим парусом, который сможет разогнать космический аппарат до скоростей в сотни километров в секунду, и при этом уже может быть реализован на технологиях существующего уклада.

Выше скорости в 400 километров в секунду с помощью «тяжёлого» протонного солнечного ветра не разогнаться: его протоны и сами имеют такую скорость относительно Солнца, но и она падает с ростом расстояния от нашего центрального светила, что ограничивает трек разгона такого аппарата расстоянием в 75-90 а.е, а фактически останавливая разгон и ещё раньше, в районе орбиты Нептуна, на 30 а.е. от Солнца.

Альтернативой для электрического паруса мог бы стать громадный солнечный парус, но тут у нас возникает пока что неразрешимая проблема с материалами: подобно «тяжёлому» протонному солнечному ветру, обычный фотонный солнечный ветер тоже подчиняется закону обратных квадратов. В результате уже к орбите Юпитера его действие оказывается слишком слабым, а потребный для разгона космического аппарата солнечный парус вырастает до совершенно циклопических размеров, непредставимым ни с какими существующими материалами.

В силу этого в распоряжении конструкторов и инженеров, если убрать из реального анализа товарищей писателей-фантастов со всяческими их под- и над- пространствами, варпами или сверхсветовыми двигателями — остаётся не такой уж и большой набор возможных способов разгона аппарата для полёта к ближайшей звезде.

По сути это лишь попытки как-то усилить идею солнечного или электрического паруса — либо же использование всё того же «старого доброго» реактивного движения, которое и подняло нас в воздух и вывело в космическое пространство.

Об этих идеях мы и поговорим в этой части рассказа о полёте австралопитеков к Альфе Центавра.

Для начала — о масштабах расстояний, которые надо преодолеть нашему зонду. Лучше всего они становятся понятными на логарифмической шкале (это такая шкала, когда каждое следующее деление у нас больше предыдущего в n раз, где n — основание логарифма).

Если представить межзвёздные расстояния в виде логарифмической шкалы, то они будут выглядеть вот так:


Немного непохоже на удобную Галактику какого-нибудь «Повелителя Ориона», но реальность нашей Вселенной именно такова.

Космический аппарат «Вояджер-1», который был запущен с Земли ещё в 1977-м году, сейчас находится «всего лишь» в 100 а.е. от Солнца. На таком расстоянии Земля уже практически не видна — попытка сфотографировать нашу родную планету при расстоянии вдвое меньшем, в 43 а.е. удаления «Вояджера-1» от Солнца, привела к знаменитой фотографии pale blue dot («бледно-синяя точка»), на которой Землю можно с трудом различить в виде трёх пикселей на зернистой фотографии:


«Я Земля, я своих провожаю питомцев!». 6 миллиардов километров. Всего лишь 43 астрономических единицы от Солнца, 42 — от Земли.

В том же случае, если нам надо долететь до иного солнца (да хотя бы до той же самой Альфы Центавра), нам надо проделать путь в 269 400 астрономических единиц. В 2640 раз дальше, чем пролетел «Вояджер-1» по состоянию на  «сейчас», после почти что 40 лет своего долгого пути к границам гелиосферы.

Если перенести путь «Вояджера-1» в земные условия и посчитать одну астрономическую единицу, как 1 метр (в таком масштабе наша планета будет иметь собственный размер меньше 0,1 мм, еле видимый невооружённым глазом, а Солнце будет небольшим шариком диаметром в 1 см), то «Вояджер-1» сейчас уже будет в ста метрах от нашего Солнца.

Далеко? Да.

Только вот в таком масштабе Альфа Центавра будет от нас на растоянии в 269 километров, приблизительно как Тверь или же Ярославль. И это, заметьте, ближайшая к нам звёздная система.


Как видите, на карте такого масштаба найти 1 метр и даже 100 метров — просто невозможно.

В чём же состоят проблемы и недостатки, как и преимущества и достоинства идеи реактивного движения или же солнечного паруса?

В случае с реактивным движением мы уже упираемся в разобранную мною проблему с удельным импульсом. Понятно, что с ракетами на химическом топливе мы вообще мало куда можем улететь в космосе. Для «керосинок» (или даже «водородок»), с их удельным импульсом в районе 400-500 секунд, большой проблемой оказывается даже полёт к достаточно близкому Марсу, который в масштабах нашей виртуальной «детской солнечной системы» оказывается на расстоянии где-то в 1,5 метра (1,5 а.е.) от Земли. По сути дела — большую часть веса марсианского корабля на химическом топливе составляет масса горючего и окислителя, которые надо тянуть с собой, попутно превращая его в реактивную массу.

Попытка же долететь на химическом топливе до окраин Солнечной системы и тем более утопична — как сказал один автор, она подобна «варианту ускорить тележку автодрезины, скидывая с неё шарики для настольного тенниса». То бишь, в общем-то, результат у нас будет («космическая дрезина» у нас всё-таки движется без трения), только вот просто по закону сохранения импульса при скорости истечения реактивной массы в 4-5 км/с мы никак не сможем набрать скорости в сотни и тысячи километров в секунду, либо же масса нашего топлива будет составлять 99,9...9% от массы нашего межпланетного корабля.

Ненамного улучшают идею полёта к Альфа Центавре и варианты использования различных типов уже существующих и апробированных ионных или же плазменных двигателей (VASIMR). С такими двигателями, которые сейчас уже находятся в стадии тестирования и совершенствования, можно принципиально достичь скорости в 100, 1000 и даже 10 000 км/c. Этого вполне хватает для корабля поколений, который может лететь к «далёкому Центавру» тысячами лет, но ещё слишком мало для корабля, который путешествует от звезды к звезде за срок человеческой жизни.


«Свидание с Рамой» (Rendezvous with Rama) Артура Кларка до сих пор, пожалуй, остаётся лучшим фантастическим романом о корабле поколений. В котором колонисты не бегают по кораблю с копьями и палками и не едят друг друга на завтрак.

Как я уже писал, принципиальную идею корабля поколений, в которой вы отправляете к далёким звёздам некий «слепок» нашей собственной земной биосферы, можно реализовать и на основе наших текущих технологий. И тут вопрос стоит, скорее, не в двигателях (они у человечества уже есть — и вопрос состоит лишь в том, чтобы достичь для них столь же интересной удельной тяги, как и удельного импульса), а в возможности уменьшения самого кванта «минимально возможной биосферы».

На сегодняшний день наше понимание биосферы всё ещё находится на весьма убогом уровне. Да, мы уже понимаем, как работают простейшие экосистемы в варианте «волки-кролики-капуста», где капуста использует лучистую энергию солнечного света, кролики жрут капусту, а волки, соответственно, едят кроликов, спасая капусту от полного уничтожения. В общем-то, герметичные во всех смыслах системы уже построены и даже продаются в магазинах.


Водоросли, креветка, вода, солнечный свет. И так — пока креветка не сдохнет.

Однако попытки перейти на уровень выше, сделать биосферу крупнее и сложнее — и засунуть вовнутрь экосистемы живого человека или даже нескольких, оканчиваются пока что гораздо более печально.

Самым наглядным и поучительным примером, безусловно, был проект «Биосферы-2», который реализовывался с сентября 1991 по сентябрь 1994 года компанией «Space Biosphere Ventures» и миллиардером Эдвардом Бассом возле города Оракл в пустыне штата Аризона, США.

Цифра «2» в названии этого циклопического комплекса отнюдь не означала второй эксперимент, а была призвана подчеркнуть, что первой замкнутой биосферой, которая нам известна, является сама планета Земля.

К сожалению, изначальный план эксперимента «Биосферы-2», основанный на построении герметичного биосферного комплекса под палящим солнцем пустыни Аризона, который бы смог прокормить, напоить и обеспечить кислородом небольшую группу экспериментаторов, потерпел полный провал.


Экипаж «Биосферы-2» в эксперименте 1991-1993 годов. К сожалению, уже через несколько месяцев эти оптимистичные люди перестанут улыбаться и начнут жить в условиях постоянных ссор между собой. За воду. За еду. За кислород.

Основной проблемой «Биосферы-2» оказался свободный кислород. Как выяснилось, консументы кислорода различного типа — от простейших и грибов и заканчивая муравьями, начали активно конкурировать с людьми за этот ценный в герметическом окружении ресурс. Итогом этого процесса стало постепенное падение содержания кислорода в воздухе «Биосферы-2», с темпом около 0,5% за месяц эксперимента. В итоге, когда содержание кислорода в воздухе опустилось до 15% с привычных для нас 21%, эксперимент «Биосферы-2» пришлось досрочно прекратить, эвакуировав команду комплекса.

Однако, ещё до достижения критической точки по содержанию кислорода в воздухе «Биосферы-2», эксперимент выявил и массу других неприятных особенностей замкнутой биосферы и социальной среды. Надо сказать, что современные космические экипажи МКС или других орбитальных станций тоже испытывают постоянный стресс, но он всё-таки не связан с состоянием кислородного или обычного голода — всем необходимым МКС снабжается регулярно и постоянно, а сама внутренняя среда МКС достаточно стерильна и малопригодна для размножения опасных микроорганизмов или же насекомых.

В случае же «Биосферы-2» уже упомянутые проблемы с «неучтёнными пассажирами» создали хаос практически со страта. Через несколько недель жизнь людей, живущих в натуральным хозяйством в «Биосфере-2», нарушилась. Микроорганизмы и насекомые стали размножаться в неожиданно больших количествах, вызывая непредвиденное потребление кислорода и даже уничтожение сельскохозяйственных культур. Поскольку использование ядохимикатов не предусматривалось, борьба с вредителями оказалась практически проигранной с самого начала. Обитатели проекта стали терять в весе и задыхаться. Учёным пришлось пойти на нарушение условий эксперимента и начать поставку внутрь кислорода (за время эксперимента «Биосфера-2» потребила 23 тонны кислорода извне) и продуктов. Эти факты скрывались во время бравурных отчётов об эксперименте и были разоблачены лишь впоследствии. Эксперимент «Биосферы-2» закончился полной неудачей: люди сильно потеряли в весе, задыхались, а социальная динамика полностью отразила этот физический стресс.

Довольно быстро команда разбилась на две противоборствующие группы. Это сильно мешало нормальному ходу исследований и сохранилось достаточно надолго — даже спустя 20 лет две группы из команды «Биосферы-2» избегают встреч и не общаются между собой.


Вход — копейка, выход — рубль. Лица участников эксперимента «Биосферы-2» при начале и в конце их пребывания в комплексе. Стендфордский эксперимент во всей красе.

Да, «Биосфера-2» была лишь первым, весьма неудачным экспериментом такого рода. Её создатели не предусмотрели массы пробем замкнутых и «естественно-созданных» биосфер, в ход её проведения вмешался бурный Эль-Ниньо, который закрыл обычно безоблачное небо Аризоны густыми облаками и снизил фотосинтез растений внутри куполов. Внутри куполов накапливался конденсат, с балок перекрытия шёл искусственный дождь. А вот естественного ветра деревьям внутри «Биосферы-2» категорически не хватало и они ломались под собственным весом. Как оказалось, тренировка нужна не только человеческим икроножным мышцам.

Скорее всего, идея корабля поколений ещё не раз и не два будет проходить свою обкатку, сначала на Земле, а потом и в космосе. Будут создаваться новые замкнутые комплексы, подобные аризонскому, в каждом из которых будет происходить приближение к тем условиям, которые реально могут быть созданы и поддержаны внутри будущих небесных космических кораблей. «Вместо Солнца — термоядерный реактор, вместо неба — внутренняя поверхность астероида, вместо силы тяжести — центробежная сила».

Что интересно, уже сейчас НАСА копает именно в эту сторону, понимая, что без переноса биосфер в открытый космос мы очень ограничены в своих инструментах освоения космического пространства. Так, например, НАСА уже объявило конкурс на проект переоборудования небольшого околоземного астероида в космический корабль. Ведь пока у нас нет реактивных двигателей, могущих достигнуть 1/3 скорости света и донести нас до далёкого Ярославля Центавра — нам надо, что говорится, «учиться на кошках».


Пока что астероиды интересны тем, что их можно исследовать и колонизировать даже с помощью наших существующих космических аппаратов. Но жизнь на них будет разительно отличаться от жизни на Земле.

Но, как я уже сказал, высокий удельный импульс существующих ионных и плазменных двигателей, находящийся сейчас на пределе человеческих умений в разработке новых двигательных систем, тем не менее совершенно непригоден для межзвёздных путешествий на расстояния в сотни тысяч астрономических единиц (или всего лишь единицы световых лет).

Даже если человечество сможет когда-то обуздать термоядерную реакцию на гелии-3, всё равно такие корабли будут летать даже между ближайшими звёздами на протяжении десятков лет. И их конструкции, скорее всего, побудят нас задуматься о тех же астероидах или малых планетах для межзвёздных путешествий, поскольку только внутри таких массивных тел можно будет спрятаться от неизбежного межпланетного и межзвёздного явления — мельчайших частиц космического вещества, от которых не спасёт никакой телескоп, лазерные батареи или же роботы-сборщики.

Ну а результат столкновений с весьма низкоэнергетическим космическим мусором мы уже недавно видели в фотографиях с МКС:


Результат столкновения пылинки в несколько тысячных долей миллиметра с иллюминатором МКС. Диаметр выбоины — около 7 мм. Скорости — единицы километров в секунду, в тысячу раз меньше скоростей  будущих космических кораблей.

Так, скорее всего и будет происходить прогресс в будущих космических кораблях, основанных на принципе реактивного движения: выше удельный импульс, выше удельная масса, больше биосферных элементов на борту, больше защита корабля во время движения в пространстве.

А есть ли альтернативы реактивному движению с перемещением двигателя, реактора и биосферы прямо на борту корабля?

Ответ на этот вопрос я постараюсь дать в третьей, заключительной части рассказа об австралопитеках и их пути к Альфе Центавра.

А пока что, в виде затравки — наши давние рассуждения совместно с Робертом Ибатуллиным (fortunatus) о Парадоксе Ферми, молчании Галактики и возможностях межзвёздных полётов и межзвёздной колонизации:

Которые во многом дописывают все те идеи, что я уже изложил, но и дают массу новой информации.

Оригинал взят у alex_anpilogov


 
Социальные комментарии Cackle
Loading...
Загрузка...

© 2009 Технополис завтра

Перепечатка  материалов приветствуется, при этом гиперссылка на статью или на главную страницу сайта "Технополис завтра" обязательна. Если же Ваши  правила  строже  этих,  пожалуйста,  пользуйтесь при перепечатке Вашими же правилами.