Это основа научной фантастики, о которой многие и мечтали в тот или иной момент: идея посылать космические корабли с колонистами и высадить семена человечества среди звезд. Между открытием новых миров, становлением межзвездного вида и, возможно, даже обнаружением внеземных цивилизаций, мечта о распространении за пределы Солнечной системы не может стать реальностью достаточно быстро!
В течение десятилетий ученые размышляли о том, как человечество может однажды достичь этой высокой цели. И ряд концепций, которые они придумали, представляют массу плюсов и минусов. Эти плюсы и минусы были подняты в недавнем исследовании Мартина Брэддока, члена Астрономического общества Мэнсфилда и Саттона, члена Королевского биологического общества и члена Королевского астрономического общества.
Исследование, озаглавленное «Концепции путешествий в дальний космос: от искривляющих движений и гибернации к мировым кораблям и криогенике», недавно появилось в научном журнале. Современные тенденции в биомедицинской инженерии и бионауках (издание журнала «Можжевельник»). Как указывает Брэддок в своем исследовании, вопрос о том, как люди могут исследовать соседние звездные системы, стал более актуальным в последние годы благодаря открытиям экзопланет.
Как мы рассмотрели в предыдущей статье «Сколько времени потребуется, чтобы добраться до ближайшей звезды?», Существует множество предложенных и теоретических способов путешествовать между нашей Солнечной системой и другими звездами в галактике. Тем не менее, помимо задействованных технологий и времени, которое они потребуют, существуют также биологические и психологические последствия для человеческих экипажей, которые необходимо учитывать заранее.
А благодаря тому, что в последние годы общественный интерес к освоению космоса возобновился, становится все более необходимым анализ затрат и выгод всех возможных методов. Как сказал доктор Брэддок Space Magazine по электронной почте:
«Межзвездные путешествия стали более актуальными благодаря согласованным усилиям по поиску путей во всех космических агентствах для поддержания здоровья человека в« короткие »(2-3 года) космические путешествия. С миссиями на Марс разумно видно, смерть Стивена Хокинга подчеркивает одно из его многочисленных убеждений в том, что мы должны колонизировать глубокий космос, и решимость Элона Маск минимизировать потери в космическом путешествии, вместе с возрожденным видением «болтовых» аксессуаров для МКС (расширяемый Bigelow модуль) вызывает некоторые образные концепции ».
В общем, доктор Брэддок рассматривает пять основных способов установки командированных миссий на другие звездные системы в своем исследовании. К ним относятся сверхсветовые (иначе известные как FTL) режимы путешествий, гибернации или стазиса, незначительное старение (иначе говоря, антивозрастное), мировые корабли, способные поддерживать несколько поколений путешественников (так называемые корабли поколения), и технологии замораживания циогенных источников.
Для путешествий FTL преимущества очевидны, и, хотя на данный момент он остается полностью теоретическим, существуют концепции, которые исследуются сегодня. Известная концепция FTL, известная как Alcubierre Warp Drive, в настоящее время исследуется несколькими организациями, в том числе Фондом Tau Zero и Лабораторией физики современного движения: Eagleworks (APPL: E) в Космическом центре имени Джонсона НАСА.
Чтобы лаконично разбить его, этот метод космических путешествий включает растягивание ткани пространства-времени в волне, которая (теоретически) заставляет пространство перед кораблем сокращаться и пространство за ним расширяется. Корабль будет затем путешествовать по этому региону, известному как «варп-пузырь», в космосе. Поскольку корабль движется не внутри пузыря, а движется вдоль самого региона, обычные релятивистские эффекты, такие как замедление времени, не применяются.
Как указывает д-р Браннок, преимущества такой двигательной установки включают в себя возможность достижения «очевидного» путешествия FTL без нарушения законов относительности. Кроме того, кораблю, путешествующему в варп-пузыре, не придется беспокоиться о столкновении с космическим мусором, и не будет никакого верхнего предела максимальной достижимой скорости. К сожалению, недостатки этого метода путешествий одинаково очевидны.
К ним относится тот факт, что в настоящее время нет известных способов создания искривленного пузыря в области пространства, в которой его еще нет. Кроме того, для создания этого эффекта потребуются чрезвычайно высокие энергии, и у корабля нет никакого известного способа выйти из варп-пузыря после его входа. Короче говоря, FTL в настоящее время является чисто теоретическим понятием, и нет никаких признаков того, что он перейдет от теории к практике в ближайшем будущем.
«Первая [стратегия] - это путешествия по FTL, но другие стратегии допускают, что путешествия по FTL очень теоретичны и что одним из вариантов является продление человеческой жизни или участие в путешествиях нескольких поколений», - сказал доктор Брэддок. «Последнее может быть достигнуто в будущем, учитывая готовность спроектировать достаточно большое судно и разработку двигательной установки для достижения 0,1 х с».
Другими словами, наиболее правдоподобные концепции межзвездного космического полета вряд ли позволят достичь скорости света более чем на десять процентов. – около 29 979 245,8 м / с (~ 107 925 285 км / ч; 67 061 663 миль в час). Это все еще очень высокий порядок, учитывая, что самая быстрая миссия на сегодняшний день была Гелиос 2 миссия, которая достигла максимальной скорости более 66 000 м / с (240 000 км / ч; 150 000 миль в час). Тем не менее, это обеспечивает более реалистичную основу для работы.
Что касается спящих и стазисных полков, то преимущества (и недостатки) более очевидны. Начнем с того, что эта технология реализуема и активно изучает более короткие сроки как для людей, так и для животных. В последнем случае естественные циклы гибернации являются наиболее убедительным доказательством того, что гибернация может длиться месяцами без инцидентов.
Недостатки, однако, сводятся ко всем неизвестным. Например, существуют вероятные риски атрофии тканей, возникающие в результате длительных периодов времени, проведенных в условиях микрогравитации. Это может быть смягчено с помощью искусственной гравитации или других средств (таких как электростимуляция мышц), но для того, чтобы попытаться это сделать, необходимо провести значительные клинические исследования. Это поднимает целый ряд этических вопросов, так как такие тесты представляют свои риски.
Стратегии искусственного незначительного старения (SENS) - это еще один путь, предлагающий людям возможность противостоять последствиям длительного космического полета путем обращения вспять процесса старения. В дополнение к обеспечению того, чтобы то же самое поколение, которое взошло на борт корабля, было тем, которое добралось до его пункта назначения, эта техника также имеет потенциал для проведения исследований терапии стволовыми клетками здесь, на Земле.
Однако в контексте длительного космического полета для достижения полного омоложения, вероятно, потребуется несколько обработок (или непрерывных в течение всего процесса полета). Заранее потребуется значительный объем исследований, чтобы протестировать процесс и рассмотреть отдельные компоненты старения, что вновь приведет к ряду этических проблем.
Затем есть мировые корабли (или поколения), где будут использоваться автономные и самоподдерживающиеся космические корабли, достаточно большие для размещения нескольких поколений космических путешественников. Эти корабли будут полагаться на обычные двигатели и, следовательно, потребуются столетия (или тысячелетия), чтобы достичь другой звездной системы. Непосредственными преимуществами этой концепции является то, что она будет выполнять две основные цели исследования космоса, а именно: поддерживать в космосе человеческую колонию и разрешить путешествие к потенциально обитаемой экзопланете.
Кроме того, судно поколения будет опираться на концепции движителей, которые в настоящее время осуществимы, и команда из тысяч умножит шансы на успешную колонизацию другой планеты. Конечно, стоимость строительства и обслуживания таких больших космических кораблей была бы чрезмерной. Существуют также моральные и этические проблемы отправки человеческих экипажей в открытый космос на такие длительные периоды времени.
Например, есть ли гарантия, что команда не сойдет с ума и не убьет друг друга? И наконец, есть факт, что в то же время на Земле будут разрабатываться новые, более совершенные корабли. Это означает, что более быстрый корабль, который позже покинет Землю, сможет обогнать корабль поколения до того, как он достигнет другой звездной системы. Зачем тратить так много на судно, если оно может устареть еще до того, как оно доберется до пункта назначения?
Наконец, существует криогеника, концепция, которая широко исследовалась в последние несколько десятилетий как возможное средство продления жизни и космических путешествий. Во многих отношениях эта концепция является расширением технологии гибернации, но имеет ряд преимуществ, достигнутых в последнее время. Непосредственным преимуществом этого метода является то, что он учитывает все текущие ограничения, налагаемые технологией и релятивистской вселенной.
По сути, это не имеет значения, если FTL (или скорость выше 0,10 с) возможно или сколько времени займет путешествие, так как экипаж будет спать и прекрасно сохранится на время. Кроме того, мы уже знаем, как работает технология, о чем свидетельствуют недавние достижения, когда ткани органов и даже целые организмы нагревались и превращались в стекло после криогенного замораживания.
Тем не менее, риски также больше, чем при спячке. Например, долгосрочные эффекты криогенного замораживания на физиологию и центральную нервную систему животных и людей более высокого порядка пока не известны. Это означает, что перед его попытками потребуются обширные испытания и испытания на людях, что вновь ставит ряд этических задач.
В конце концов, есть много неизвестных, связанных с любыми и всеми потенциальными методами межзвездных путешествий. Точно так же, необходимо гораздо больше исследований и разработок, прежде чем мы сможем с уверенностью сказать, какой из них является наиболее осуществимым. Тем временем доктор Брэддок признает, что гораздо более вероятно, что любые межзвездные путешествия будут включать в себя исследователей-роботов, использующих технологию телеприсутствия, чтобы показать нам другие миры - хотя они не обладают таким же очарованием.
«Почти наверняка, и это вновь касается ранней концепции зондов репликации фон Неймана (минус репликация!)», - сказал он. «Cube Sats или тому подобное вполне могут достичь этой цели, но, скорее всего, они не затронут общественное воображение почти так же, как космическое путешествие человека. Я полагаю, сэр Мартин Рис предложил концепцию устройства типа искусственного интеллекта полулюдяного человека ... также в некотором роде ».
В настоящее время существует только одна предложенная миссия для отправки межзвездного космического корабля в ближайшую звездную систему. Это будет прорыв Старшот, предложение отправить лазерный нанопривод с парусным управлением в Альфа Центавра всего за 20 лет. После ускорения до 44704000 м / с (160 934 400 км / ч; 100 млн. Миль в час) на 20% скорости света этот корабль совершит облет Альфы Центавра, а также сможет излучать домашние изображения Проксимы b.
Кроме того, все миссии, связанные с выходом во внешнюю Солнечную систему, состоят из роботизированных орбитальных аппаратов и зондов, и все предлагаемые миссии с экипажем направлены на отправку астронавтов обратно на Луну и на Марс. Тем не менее, человечество только начинает заниматься освоением космоса, и нам, безусловно, нужно закончить исследование нашей собственной Солнечной системы, прежде чем мы сможем рассмотреть исследование за ее пределами.
В конце потребуется много времени и терпения, прежде чем мы начнем выходить за пределы пояса Койпера и Облака Оорта, чтобы посмотреть, что там происходит.
