Слънчевата система отдавна не представлява особен интерес за писателите на научна фантастика. Но е изненадващо, че за някои учени нашите "домашни" планети не предизвикват много вдъхновение, въпреки че те все още не са практически проучени.
След като едва изрязва прозорец в космоса, човечеството е разкъсано на неизвестни разстояния и не само в сънища, както преди.
Сергей Королев също обеща, че скоро ще лети в космоса „по профсъюзен билет“, но тази фраза вече е на половин век, а космическата одисея все още е в лота на елита - твърде скъпо удоволствие. Преди две години обаче HACA стартира амбициозния проект за 100 години Starship, който включва поетапно и многогодишно създаване на научно-техническата основа за космически полети.
Тази несравнима програма трябва да привлече учени, инженери и ентусиасти от цял свят. Ако всичко е увенчано с успех, след 100 години човечеството ще може да построи междузвезден кораб и ние ще се движим около Слънчевата система като в трамваи.
И така, какви проблеми трябва да бъдат решени, за да могат да летят звездите, за да станат реалност?
ВРЕМЕТО И СКОРОСТТА СА ОТНОСНО
Промоционално видео:
Астронавтиката на автоматичните превозни средства изглежда на някои учени е почти решен проблем, колкото и да е странно. И това въпреки факта, че няма абсолютно никакъв смисъл да изстрелвате машини към звездите с текущите скорости на охлювите (около 17 км / с) и друго примитивно (за такива непознати пътища) оборудване.
Сега американските космически кораби Pioneer-10 и Voyager-1 са напуснали Слънчевата система и вече няма връзка с тях. Пионер 10 се насочва към звездата Алдебаран. Ако нищо не му се случи, той ще достигне околностите на тази звезда … след 2 милиона години. По същия начин и други устройства пълзят из просторите на Вселената.
Така че, независимо от това дали кораб е обитаван или не, за да лети до звездите, той се нуждае от висока скорост, близка до скоростта на светлината. Това обаче ще помогне да се реши проблема с летенето само до най-близките звезди.
„Дори и да успеем да изградим звезден кораб, който да може да лети със скорост, близка до скоростта на светлината“, пише К. Феоктистов, „времето за пътуване само в нашата Галактика ще бъде отчетено през хилядолетия и десетки хилядолетия, тъй като диаметърът му е около 100 000 светлина години. Но много повече ще премине на Земята през това време."
Според теорията на относителността хода на времето в две системи, движещи се една спрямо друга, е различен. Тъй като на големи разстояния корабът ще има време да развие скорост, много близка до скоростта на светлината, разликата във времето на Земята и на кораба ще бъде особено голяма.
Предполага се, че първата цел на междузвездни полети ще бъде Алфа Кентавър (система от три звезди) - най-близката до нас. Можете да летите там със скоростта на светлината след 4,5 години, на Земята през това време ще са необходими десет години. Но колкото по-голямо е разстоянието, толкова по-голяма е разликата във времето.
Спомняте ли си прочутата „мъглявина на Андромеда“от Иван Ефремов? Там полетът се измерва в години и земно. Красива приказка, нищо няма да кажете. Тази заветна мъглявина (по-точно галактиката Андромеда) обаче се намира на разстояние 2,5 милиона светлинни години от нас.
Според някои изчисления пътуването ще отнеме повече от 60 години за астронавтите (според часовете на звезден кораб), но цяла епоха ще премине на Земята. Как техните далечни потомци ще срещнат космическите "неадертали"? А Земята изобщо ще е жива? Тоест връщането в основата си е безсмислено. Както и самият полет: трябва да помним, че виждаме галактиката мъглявина Андромеда такава, каквато е била преди 2,5 милиона години - стига нейната светлина да пътува към нас. Какъв е смисълът да летиш към непозната цел, която, може би, не съществува отдавна, поне в предишния си вид и на старото място?
Това означава, че дори полетите със скоростта на светлината са оправдани само за сравнително близки звезди. Въпреки това превозните средства, които летят със скоростта на светлината, все още живеят само на теория, което прилича на научна фантастика, обаче, научна.
ПЛАНЕТ РАЗМЕР КОРАБА
Естествено, на първо място, учените излязоха с идеята да използват най-ефективната термоядрена реакция в корабния двигател - като вече частично овладяна (за военни цели). Въпреки това, за да пътувате в двете посоки със скорост, близка до светлината, дори при идеална конструкция на системата, се изисква съотношение между началната маса и крайната маса не по-малко от 10 към тридесетата мощност. Тоест космическият кораб ще бъде като огромен състав с гориво с размерите на малка планета. Невъзможно е да се изстреля такъв колос в космоса от Земята. И да се съберат в орбита - също, не без причина учените не обсъждат този вариант.
Идеята за фотонен двигател, използващ принципа на унищожаване на материята, е много популярна.
Анигилацията е трансформация на частица и античастица, когато те се сблъскат, във всякакви други частици, различни от първоначалните. Най-добре проученото е унищожаването на електрон и позитрон, което генерира фотони, енергията на които ще премести космическия кораб. Изчисленията на американските физици Ронан Кийн и Вай-минг Джан показват, че съвременните технологии могат да се използват за създаване на двигател за унищожаване, способен да ускори космически кораб до 70% от скоростта на светлината.
Започват обаче и други проблеми. За съжаление, използването на антиматерия като гориво не е лесно. По време на унищожаването се появяват изблици на мощна гама радиация, които са фатални за астронавтите. В допълнение, контактът на горивото от позитрон с кораба е изпълнен с фатална експлозия. И накрая, все още няма технологии за получаване на достатъчно количество антиматерия и дългосрочното й съхранение: например, антихидрогенният атом "живее" сега за по-малко от 20 минути, а производството на милиграм позитрони струва 25 милиона долара.
Но, да предположим, с течение на времето тези проблеми могат да бъдат решени. Все пак ще е необходимо много гориво и началната маса на фотонния звезден кораб ще бъде сравнима с масата на Луната (според Константин Феоктистов).
НАРУШЕТЕ ВЕЧЕРА
Най-популярният и реалистичен звезден кораб днес се счита за соларен ветроход, идеята за който принадлежи на съветския учен Фридрих Зандър.
Соларно (светлинно, фотонно) платно е устройство, което използва налягането на слънчевата светлина или лазер върху огледална повърхност, за да задвижва космически кораб.
През 1985 г. американският физик Робърт Форвърд предложи проект за междузвездна сонда, ускорена от енергията на микровълновото лъчение. Проектът предвижда сондата да достигне най-близките звезди след 21 години.
На XXXVI Международния астрономически конгрес беше предложен проект на лазерен звезден кораб, чието движение се осигурява от енергията на лазерите в оптичния диапазон, разположени в орбита около Меркурий. Според изчисленията пътят на звезден кораб от този дизайн до звездния епсилон Еридани (10,8 светлинни години) и обратно ще отнеме 51 години.
„Малко вероятно е, въз основа на данните, получени от пътувания в нашата слънчева система, да успеем да постигнем значителен напредък в разбирането на света, в който живеем. Естествено, мисълта се обръща към звездите. В крайна сметка, по-рано се разбра, че полетите в близост до Земята, полетите до други планети на нашата Слънчева система не са крайната цел. Павирането на пътя към звездите изглеждаше като основна задача."
Тези думи не принадлежат на писателя на научната фантастика, а на дизайнера на космически кораби и космонавт Константин Феоктистов. Според учения няма да се намери нищо особено ново в Слънчевата система. И това въпреки факта, че човекът досега е достигнал само до Луната …
Извън слънчевата система обаче налягането на слънчевата светлина ще се приближи до нула. Затова има проект за разпръскване на соларен ветроход с лазерни инсталации от някакъв астероид.
Всичко това все още е теория, но първите стъпки вече се правят.
През 1993 г. на руския кораб „Прогрес М-15“за първи път беше разгърнат 20-метров соларен платно като част от проекта „Знамя-2“. Когато Прогресът се свърза със станцията Mir, екипажът му инсталира рефлекторно устройство за разполагане на борда на Progress. В резултат на това рефлекторът създаде светло петно с широчина 5 км, което премина през Европа към Русия със скорост 8 км / сек. Петното от светлина имаше светимост, приблизително еквивалентна на пълнолунието.
И така, предимството на слънчевата платноходка е липсата на гориво на борда, недостатъците са уязвимостта на структурата на платната: всъщност това е тънко фолио, опънато над рамката. Къде е гаранцията, че по пътя платното няма да получи дупки от космически частици?
Опцията за ветроходство може да е подходяща за изстрелване на роботизирани сонди, гари и товарни кораби, но не е подходяща за полети за връщане на екипаж. Има и други проекти за космически кораби, но те по един или друг начин приличат на изброените по-горе (със същите мащабни проблеми).
ИЗПЪЛНЕНИЯ В ИНТЕРСТЕЛАРНОТО ПРОСТРАНСТВО
Изглежда много изненади очакват пътешествениците във Вселената. Например, едва излезли от Слънчевата система, американският космически кораб "Pioneer-10" започна да изпитва сила с неизвестен произход, предизвиквайки слабо забавяне. Бяха направени много предположения, до все още неизвестните ефекти от инерцията или дори времето. Все още няма недвусмислено обяснение на това явление; разглеждат се различни хипотези: от прости технически (например реактивната сила от изтичане на газ в апарата) до въвеждането на нови физически закони.
Друго устройство, Voyadger-1, регистрира зона със силно магнитно поле на границата на Слънчевата система. В него налягането на заредени частици от междузвездното пространство принуждава създаденото от Слънцето поле да стане по-плътно. Устройството също се регистрира:
увеличение на броя на високоенергийни електрони (около 100 пъти), които проникват в Слънчевата система от междузвездното пространство;
рязко покачване на нивото на галактическите космически лъчи - високоенергийни заредени частици от междузвезден произход.
И това е само капка в океана! Обаче, това, което се знае днес за междузвездния океан, е достатъчно, за да хвърли съмнение върху самата възможност за сърфиране в необятността на Вселената.
Пространството между звездите не е празно. Навсякъде има остатъци от газ, прах, частици. Когато се опитвате да се движите със скорост, близка до скоростта на светлината, всеки атом, сблъскващ се с кораба, ще бъде като частица от космически лъчи с висока енергия. Нивото на твърда радиация по време на такава бомбардировка недопустимо ще се увеличи дори при полет до най-близките звезди.
А механичният ефект на частиците при такива скорости е като експлозивни куршуми. Според някои изчисления всеки сантиметър от щита на звезден кораб ще бъде изстрелян непрекъснато при 12 патрона в минута. Ясно е, че нито един екран не може да издържи подобно въздействие за няколко години полет. Или ще трябва да има неприемлива дебелина (десетки и стотици метри) и маса (стотици хиляди тона).
Всъщност тогава корабът ще се състои главно от този екран и гориво, което ще изисква няколко милиона тона. Поради тези обстоятелства полетите с такива скорости са невъзможни, още повече, че по пътя можете да се сблъскате не само с прах, но и с нещо по-голямо, или да попаднете в капана на непознато гравитационно поле. И тогава смъртта отново е неизбежна. По този начин, ако е възможно да се ускори космическият кораб до поднебесна скорост, тогава той няма да достигне крайната цел - той ще срещне твърде много препятствия по пътя си. Следователно междузвездни полети могат да се извършват само със значително по-ниски скорости. Но тогава факторът време прави тези полети безсмислени.
Оказва се, че е невъзможно да се реши проблема с транспортирането на материални тела на галактически разстояния със скорости, близки до скоростта на светлината. Няма смисъл да се пръскате в пространството и времето с механична структура.
MOLE HOLE
Учените, опитвайки се да преодолеят неумолимото време, са измислили как да „пробиват дупки“в пространството (и времето) и да го „сгъват“. Те са измислили различни хиперпространствени скокове от една точка в космоса в друга, заобикаляйки междинните области. Сега учените се присъединиха към писателите на научна фантастика.
Физиците започнаха да търсят екстремни състояния на материята и екзотични вратички във Вселената, където можете да се движите със свръхлюминална скорост, противно на теорията на относителността на Айнщайн.
Ето как се появи идеята за червей. Тази дупка обединява двете части на Вселената като прорез през тунел, свързващ два града, разделени от висока планина. За съжаление, дупки в червеите са възможни само в абсолютен вакуум. В нашата Вселена тези нори са изключително нестабилни: те могат просто да се сринат, преди космически кораб да стигне до там.
Въпреки това ефектът, открит от холандеца Хендрик Казимир, може да се използва за създаване на стабилни червейни дупки. Той се състои във взаимното привличане на провеждащи незаредени тела под въздействието на квантови трептения във вакуум. Оказва се, че вакуумът не е напълно празен, той е обект на колебания в гравитационното поле, в което частици и микроскопични червееви дупки спонтанно се появяват и изчезват.
Остава само да намерите една от дупките и да я разтегнете, поставяйки я между две свръхпроводящи топки. Едната уста на червейната дупка ще остане на Земята, докато другият космически кораб ще се придвижва с близка светлинна скорост към звездата - крайния обект. Тоест космическият кораб ще пробие тунел. След като корабът достигне местоназначението си, дупчицата ще се отвори за истинско светкавично междузвездно пътуване, продължителността на което ще бъде изчислена в минути.
БУБЛИКА НА КУРВАЦИЯТА
Според теорията за червейните дупки е кривината на балончетата. През 1994 г. мексиканският физик Мигел Алкубиер извърши изчисления според уравненията на Айнщайн и откри теоретичната възможност за вълнова деформация на пространствения континуум. В този случай пространството ще се свие пред космическия кораб и едновременно ще се разшири зад него. Космическият кораб е поставен в балон с кривина, способен да се движи с неограничена скорост. Гениалността на идеята е, че космическият кораб почива в балон с кривина, а законите на относителността не се нарушават. В този случай самият балон на кривината се движи, локално изкривявайки пространство-време.
Въпреки невъзможността да се пътува по-бързо от светлината, нищо не пречи на пространството да се движи или разпространението на деформация на пространство-време по-бързо от светлината, което се смята, че се е случило веднага след Големия взрив по време на формирането на Вселената.
Всички тези идеи все още не се вписват в рамките на съвременната наука, но през 2012 г. представители на НАСА обявиха подготовката на експериментален тест на теорията на д-р Алкубиер. Кой знае, може би теорията на относителността на Айнщайн някой ден ще стане част от нова глобална теория. В крайна сметка процесът на познание е безкраен. Това означава, че един ден ще успеем да пробием тръните до звездите.
Ирина ГРОМОВА