Мечта о путешествии к другой звезде и посадке семян человечества на далекую планету ... Не будет преувеличением сказать, что она пленила воображение людей на протяжении веков. С появлением современной астрономии и космической эры даже были сделаны научные предложения относительно того, как это можно сделать. Но, конечно, жизнь в релятивистской Вселенной ставит много задач, для которых нет простых решений.
Из этих испытаний одна из величайших связана с огромным количеством энергии, необходимой, чтобы доставить людей к другой звезде в течение их собственных жизней. Следовательно, почему некоторые сторонники межзвездных путешествий рекомендуют посылать космические корабли, которые представляют собой миниатюрные миры, которые могут вместить путешественников на века или дольше. Эти «Корабли Поколения» (иначе - мировые корабли или Межзвездные Арки) - это космические корабли, построенные для действительно долгий путь.
Логика корабля поколения проста: если вы не можете путешествовать достаточно быстро, чтобы добраться до другой звездной системы в течение одной жизни, постройте судно, достаточно большое, чтобы перевозить все, что вам, возможно, понадобится для долгого путешествия. Это повлекло бы за собой обеспечение того, чтобы на корабле была надежная силовая установка, способная обеспечить устойчивую тягу во время ускорения и замедления, а также необходимые удобства, чтобы обеспечить несколько поколений людей.
Кроме того, судно должно быть в состоянии обеспечить, чтобы его экипажи имели пищу, воду и воздух для дыхания - достаточно, чтобы просуществовать веками или даже тысячелетиями. По всей вероятности, это будет означать создание микроклимата в замкнутой системе внутри корабля, включающего водный цикл, углеродный цикл и азотный цикл. Это позволит выращивать пищу и непрерывно перерабатывать воду и воздух.
Достигая ближайших звезд
Ближайшая звезда нашей Солнечной системы - Проксима Центавра, звезда главной последовательности М-типа (красный карлик), расположенная примерно в 4,24 световых лет от нас. Эта звезда является частью системы тройной звезды, которая включает в себя систему Альфа Центавра, двойную звезду, состоящую из главной звезды, подобной Солнцу (желтый карлик G-типа), и главной звезды типа K (оранжевый карлик).
Помимо того, что Проксима Центавра является ближайшей к нам звездной системой, она также является домом ближайшей к Земле экзопланеты - Проксимы б. Эта земная (он же каменистая) планета, открытие которой было объявлено в 2016 году Европейской южной обсерваторией (ESO), примерно такого же размера, как Земля (1,3 массы Земли) и орбиты внутри околосолнечной обитаемой зоны ее звезды.
Следующей ближайшей экзопланетой, которая вращается вокруг ГЗ своей звезды, является Росс 128b, экзопланета размером с Землю, которая вращается вокруг звезды красного карлика на расстоянии около 11 световых лет. Следующая ближайшая к Солнцу звезда - Тау Кита, которая находится на расстоянии менее 12 световых лет и имеет одного потенциального обитателя (Тау Кита). На самом деле, в пределах 50 световых лет от Земли существует 16 экзопланет, которые могут поддерживать жизнь.
Но, как мы исследовали в предыдущей статье, путешествие даже к ближайшей звезде займет очень много времени и потребует огромного количества энергии. Используя обычные двигательные установки, это может занять от 19 000 до 81 000 лет. Используя предложенные методы, которые были испытаны, но еще не созданы (например, ядерные ракеты), время в пути сокращается до 1000 лет.
Существуют предложенные методы, которые способны достичь ближайших звезд в течение одной жизни, такие как движение с направленной энергией - например, «Прорыв Звездный выстрел». Для этой концепции легкий парус и космический корабль в граммах могут быть ускорены до 20% скорости света (0,2 с), таким образом совершая путешествие в Альфу Центавра всего за 20 лет. Тем не менее, Starshot и аналогичные предложения - все это концепции без экипажа.
Помимо этого, единственно возможные способы отправки людей в другую звездную систему являются либо технически осуществимыми (но не разработанными), либо полностью теоретическими (например, Alcubierre Warp Drive). Имея это в виду, многие ученые разработали предложения, которые позволят отказаться от скорости и вместо этого сосредоточиться на размещении экипажей во время долгого путешествия.
Примеры в художественной литературе
Самый ранний зарегистрированный пример, кажется, был сделан инженером и фантастом Джоном Манро в его романе Поездка на Венеру (1897). В нем он упоминает, как человечество может стать межзвездным видом однажды:
«[С] судном, достаточно большим, чтобы вместить все необходимое для жизни, отборная группа леди и джентльменов могла бы отправиться на Млечный путь, и если все пойдет хорошо, их потомки прибудут туда в течение нескольких миллионов лет. »
Эта концепция была более подробно рассмотрена в научно-фантастическом романе 1933 года. Когда мир столкнется, в соавторстве с Филиппом Уайли и Эдвином Балмером. В этой истории Земля собирается быть разрушенной планетами-изгоями, проходящими через Солнечную систему. Это вынуждает группу астрономов создать массивный корабль, несущий экипаж из 50 человек вместе со скотом и оборудованием на новую планету.
Роберт А. Хайнлайн также исследовал физические, психологические и социальные эффекты корабля поколения в одном из своих самых ранних романов, Сироты Неба, История была первоначально опубликована как две отдельные новеллы в 1941 году, но была переиздана как один роман в 1963 году. Корабль в этой истории известен как авангардныйкорабль поколения, который постоянно дрейфует в космосе после мятежа, приведшего к гибели всех летчиков.
Поколения спустя, потомки забыли цель и природу корабля и считают, что это вся их вселенная. Основная часть экипажа все еще живет в цилиндре, но отдельная группа «мятежников» (что поочередно означает, что они являются мутантами или мятежниками) живут в верхних палубах, где сила тяжести ниже, а облучение вызвало физические изменения.
Артур Кларк Рандеву с Рамой (1973), пожалуй, самый известный пример поколения поколения в научной фантастике. В отличие от других вымышленных трактовок концепции, судно в этой истории было внеземного происхождения! Этот массивный космический цилиндр, известный как Рама, представляет собой автономный мир, который переносит «раманов» с одной стороны галактики на другую.
История открывается, когда экипаж с Земли отправляется на встречу с кораблем и исследовать интерьер. Внутри они находят сооружения, подобные городам, транспортную инфраструктуру, море, которое тянется вокруг центра, и горизонтальные траншеи, которые действуют как окна. Когда корабль приближается к Солнцу, свет заходит, и механизм начинает оживать.
В конце концов, астронавты-люди пришли к выводу, что здания на самом деле являются фабриками и что море корабля - это химический суп, который будет использоваться для создания «раманов», как только он достигнет своего пункта назначения. В конечном счете, однако, наша Солнечная система - просто остановка в их путешествии, и именно так Раманы размножают галактику своими видами.
В Аластере Рейнольде Бездна Город (2001) - который является частью его Пространство Откровения серия - большая часть истории разворачивается на борту большого межзвездного космического корабля. Эти корабли отправляются в 61 Cygni, двойную звездную систему, состоящую из двух оранжевых карликов K-типа, чтобы колонизировать мир, известный во всей серии как Sky's Edge.
Эти корабли описываются как цилиндрические и используют движение антивещества для движения на релятивистских скоростях. В дополнение к перевозке комплимента криогенно-замороженных пассажиров, эти корабли поддерживают экипаж в бодрствующем состоянии и имеют все необходимые средства и оборудование для развлечения. К ним относятся личные помещения, столовые, медицинские отсеки и базы отдыха.
В 2002 году знаменитый писатель-фантаст Урсула К. ЛеГин выпустила свой собственный взгляд на эффекты космических путешествий между поколениями под названием Потерянный рай, Настройка для этой истории открытиекорабль, который путешествовал в космосе из поколения в поколение. Когда те, кто помнят Землю, начинают отмирать, молодое поколение начинает чувствовать, что корабль для них более осязаем, чем знания об их старом родном мире или их предназначении.
В конце концов, появляется новая религия под названием «Блаженство», которая учит, что открытие («Небесный космический корабль» для верующих) на самом деле связано вечность, а не другая планета. Эта религия воспринимается к ужасу старшего поколения, которые боятся, что их дети никогда не захотят покинуть корабль, когда он прибудет. Эта история была адаптирована в оперу в 2012 году.
Роман 2011 года Левиафан просыпается Джеймсом С. А. Кори (и последующими статьями в раздолье серия) представляет корабль поколения под названием «Наву». Это судно строится группой мормонов, чтобы они могли отправиться в другую звездную систему и колонизировать там. Наву описывается как массивный, цилиндрической формы и вращается для создания искусственной гравитации для своей команды.
В Ким Стэнли Робинс Аврора (2015), большая часть истории происходит на борту одноименного межзвездного корабля. Робинсон описывает судно, которое использует два вращающихся тория, чтобы симулировать гравитацию, в то время как люди живут в серии земно-аналоговых сред. Их конечным пунктом назначения является Тау Кита, подобная Солнцу звезда, расположенная в 12 световых годах от Земли, где они намерены колонизировать экзомун, который вращается вокруг Тау Кита.
Корабль описывается как судно класса «Орион», которое использует управляемый взрыв термоядерных устройств для генерации движителя вместе с электромагнитной решеткой, используемой для запуска его из Солнечной системы. В фирменном стиле Робинсона значительное внимание также уделяется тому, как колонисты поддерживают тщательный баланс на борту своего судна и психологическим последствиям путешествий нескольких поколений.
Предложения
Многочисленные предложения были сделаны учеными и инженерами с начала 20-го века. Многие из этих предложений были представлены в форме исследований, в то время как другие были популяризированы в научно-фантастических романах. Самым ранним известным примером было эссе 1918 года «Окончательная миграция» пионера ракеты Роберта Х. Годдарда (в честь которого назван Центр космических полетов имени Годдарда НАСА).
Экипаж провел бы многовековое путешествие в подвешенном состоянии, с пробуждением пилота через определенные промежутки времени для корректировки курса и технического обслуживания. Как он написал:
«Пилота следует пробуждать или оживлять с интервалами, возможно, 10 000 лет для перехода к ближайшим звездам и 1 000 000 лет для больших расстояний или для других звездных систем. Для этого следует использовать часы, управляемые изменением веса (а не электрических зарядов, которые производят слишком быстрые эффекты) радиационного вещества ... Это пробуждение, конечно, необходимо для того, чтобы управлять устройством, если он сошел с курса.
Он также предполагал, что атомная энергия может быть использована в качестве источника энергии; но если этого не произойдет, будет достаточно сочетания водородного и кислородного топлива, а также солнечной энергии. Основываясь на своих расчетах, Годдард подсчитал, что этого будет достаточно, чтобы разогнать судно до скоростей от 4,8 до 16 км / с (от 3 до 10 миль / с), то есть от 17 280 км / ч до 57 600 км / ч (10 737). до 36000 миль в час) или от 0,000016% до 0,00005% скорости света.
Константин Е. Циолковский, «отец теории космонавтики», также затронул идею создания космического корабля нескольких поколений в своем эссе «Будущее Земли и человечества» (1928). Циолковский описал космическую колонию («Ноев ковчег»), которая была бы самодостаточной и где экипажи содержались в бодрствующих условиях до тех пор, пока они не достигли места назначения тысячелетиями спустя.
Другое раннее описание корабля поколения содержится в эссе 1929 года «Мир, плоть и дьявол» Дж. Д. Бернала (изобретателя «Бернальской сферы»). В этом влиятельном эссе Бернал написал о человеческой эволюции и ее будущем в космосе, в которую вошли суда, которые мы сегодня назвали бы «судами поколения».
В 1946 году польско-американский математик Станислав Улам предложил новую идею, известную как ядерное импульсное движение (АЭС). В качестве одного из участников Манхэттенского проекта Улам предвидел, как ядерные устройства будут перенаправлены для исследования космоса. В 1955 году НАСА запустило проект «Орион» с целью исследования NNP как средства для проведения дальних путешествий.
Этим проектом (который официально осуществлялся с 1958 по 1963 год) руководил Тед Тейлор из отделения общей атомной физики и физик Фриман Дайсон из Института перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси. Он был заброшен после того, как Договор об ограниченном запрещении испытаний (подписанный в 1963 году) установил постоянный запрет на ядерные испытания на околоземной орбите.
В 1964 году доктор Роберт Энцманн предложил наиболее детальную концепцию для поколения корабля на сегодняшний день, впоследствии известную как «Звездный корабль Энцмана». В его предложении говорилось о корабле, который будет использовать дейтериевое топливо для генерации реакций синтеза для достижения небольшого процента скорости света. Корабль будет иметь длину 600 метров (2000 футов) и вместить первоначальный экипаж в 200 человек (с возможностью расширения).
В 1970-х годах Британское межпланетное общество провело технико-экономическое обоснование межзвездных путешествий, известное как Project Daedalus. Это исследование требовало создания двухступенчатого космического корабля с термоядерным двигателем, который сможет совершить путешествие к звезде Барнарда (5,9 световых лет от Земли) за одну жизнь. В то время как эта концепция была предназначена для неуправляемого космического корабля, исследование дало бы представление о будущих идеях для командированных миссий.
Например, международная организация Icarus Interstellar с тех пор попыталась оживить концепцию в форме Project Icarus. Ученые-волонтеры Икара, основанные в 2009 году (многие из которых работали в НАСА и ЕКА), надеются воплотить в жизнь действие термоядерного двигателя и других передовых методов движения в 21-м веке.
Также были проведены исследования, в которых антиматерия рассматривалась как средство движения. Этот метод предполагает столкновение атомов водорода и антиводорода в реакционной камере, что дает преимущества невероятной плотности энергии и малой массы. Именно по этой причине, НАСА Институт передовых концепций (NIAC) исследует технологию как возможное средство для длительных миссий.
В период с 2017 по 2019 год доктор Фредерик Марин из Астрономической обсерватории Страсбурга провел серию очень подробных исследований необходимых параметров для поколения корабля - включая минимальный размер экипажа, генетическое разнообразие и размер корабля. Во всех случаях он и его коллеги полагались на новый тип числового программного обеспечения (называемого НАСЛЕДИЕМ), который они создали сами.
В первых двух исследованиях доктор Марин и его коллеги провели моделирование, которое показало, что минимальный экипаж из 98 (максимум 500) должен быть связан с криогенным банком спермы, яйцеклеток и эмбрионов для обеспечения выживания (но во избежание перенаселенности). ) а также генетическое разнообразие и хорошее здоровье по прибытии.
В третьем исследовании доктор Марин и другая группа исследователей определили, что судно поколения должно иметь размеры 320 метров (1050 футов) в длину, 224 метра (735 футов) в радиусе и содержать не менее 450 м² (~ 4850 фут²) ) искусственной земли ради сельского хозяйства. Эта земля также обеспечит рециркуляцию воды и воздуха с корабля в рамках микроклимата.
Преимущества
Основным преимуществом корабля поколения является тот факт, что он может быть построен с использованием проверенных технологий, и ему не придется ждать значительных технологических достижений. Кроме того, главной целью концепции является отказ от вопроса о скорости и массе топлива, чтобы гарантировать, что группа людей в конечном итоге сможет колонизировать другую звездную систему.
Как мы исследовали в предыдущей статье, корабль поколения также будет выполнять две основные цели исследования космоса, которые состоят в том, чтобы поддерживать человеческую колонию в космосе и разрешать путешествие к потенциально обитаемой экзопланете. Кроме того, команда, насчитывающая сотни или тысячи, увеличивает шансы на успешную колонизацию другой планеты.
Наконец, что не менее важно, просторная обстановка на корабле поколения позволила бы использовать несколько методов. Например, часть экипажа может содержаться в условиях бодрствования на протяжении всего пути, тогда как другая часть может находиться в криогенной подвеске. Людей также можно было бы оживить и возвращать к приостановке по очереди, таким образом сводя к минимуму психологические последствия длительного путешествия.
К сожалению, на этом преимущества заканчиваются, и начинаются проблемы / вызовы.
Недостатки
Самым очевидным недостатком генерационного корабля является огромная стоимость строительства и обслуживания таких больших космических кораблей, что было бы чрезмерно. Существует также опасность отправки человеческих экипажей в открытый космос на такие длительные периоды времени. В путешествии, которое заняло бы столетия или тысячелетия, существует явная вероятность того, что команда поддастся ощущению изоляции и скуки и обернется друг против друга.
Кроме того, существуют физиологические проблемы, которые могут повлечь за собой путешествие нескольких поколений в пространстве. Хорошо известно, что радиационная среда в глубоком космосе значительно отличается от среды на Земле или на низкой околоземной орбите (LEO). Даже при радиационной защите длительное воздействие космических лучей может оказать серьезное влияние на здоровье экипажа.
Хотя криогенная суспензия может помочь смягчить некоторые из этих проблем, долгосрочное влияние криогеники на физиологию человека еще не известно. Это означает, что для того, чтобы такая миссия могла быть предпринята, потребуются обширные испытания. Это только добавляет к общим моральным и этическим соображениям, которые влечет за собой эта концепция.
Наконец, существует вероятность того, что последующий технический прогресс приведет к разработке более быстрых и более совершенных космических кораблей. Эти корабли, покидающие Землю намного позже, смогут обогнать судно поколения до того, как оно достигнет пункта назначения, что сделает весь путь бессмысленным.
Выводы
Принимая во внимание огромные затраты на строительство корабля поколения, риски, связанные с таким долгим путешествием, количество неизвестных и вероятность того, что его развитие станет бессмысленным из-за развития технологий, нужно задать вопрос: стоит ли это делать? Это? К сожалению, как и многие другие вопросы, касающиеся космических путешествий нескольких поколений, однозначного ответа нет.
В конце концов, если ресурсы доступны, и желание сделать это есть, люди в конечном итоге вполне могут предпринять такую миссию. Не будет никакой гарантии успеха, и, даже если команда успешно доберется до другой звездной системы и колонизирует далекую планету, пройдет тысячелетия, прежде чем кто-либо на Земле услышит от своих потомков.
В этих обстоятельствах было бы более разумно просто ждать дальнейших технологических достижений и попытаться перейти к межзвездному движению позже. Тем не менее, не все могут быть не готовы ждать, и история стремится вспомнить тех, кто бросает вызов разногласиям и рискует. И, как показали нам такие предприятия, как Mars One, нет недостатка в людях, готовых рисковать своей жизнью ради колонизации отдаленного мира!
Мы написали много статей на тему «Поколения кораблей» здесь, в журнале «Космос». Вот какое минимальное количество людей вы должны отправить на корабле поколения в Проксима Центавра? и насколько большим должно быть судно поколения, чтобы сохранить экипаж из 500 человек для путешествия к другой звезде? Самый эффективный способ исследовать весь Млечный путь, звезда за звездой, а также плюсы и минусы различных методов межзвездного путешествия ,
Источники:
- Википедия - Поколение Корабль
- Википедия - Межзвездный Ковчег
- Странные Пути - Межзвездный Ковчег
- SFF - Темы: Поколение Корабли
- Mashable - межзвездная мечта умирает
- Centauri Dreams - Worldships: интервью с Грегом Матлоффом
- Icarus Interstellar - Гиперион проекта: космический корабль «Полый астероид» - распространение идеи
- НАСЛЕДИЕ: код Монте-Карло для оценки жизнеспособности межзвездных путешествий с использованием команды из нескольких поколений, Марин, Фредерик. JBIS, vol. 70, нет. 5-6, 2017
- Вычисление минимального экипажа для космического полета из нескольких поколений в направлении Проксима Центавра б, Марин Ф., Белуффи, C. 71, нет. 2, 2018
- Численные ограничения по размеру генерирующих кораблей из общих энергетических затрат на борту, годового производства продовольствия и методов космического земледелия, Марин (и др.). 10, 2018
