Знакомьтесь, это наш предок, Хомо эректус. По сути

alex_anpilogov — 20.05.2016 — Технологии
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, тренировака нужна не только человеческим икроножным мыщцам.

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.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив