„Планетата е люлката на ума, но човек не може да живее в люлката вечно“, пише Константин Циолковски в началото на 20 век. Днес учените все повече говорят за факта, че рано или късно хората ще трябва да напуснат Земята и да тръгнат в търсене на нов дом.
Не спи
В научнофантастичните книги и филми екипажите на междузвездни кораби обикновено се потапят в окачена анимация по време на полета. Удобно: дълъг път за тях прелита като миг. Ако обаче измерите тази ситуация с реалността, веднага възникват несъответствия. Какво ще се случи с космическия кораб през годините на полета? Ще може ли да се поправи и възстанови, ако е необходимо, дали системите за сигурност ще могат да вземат предвид всички рискови фактори и да заобиколят препятствията? Какво ще стане, ако технологиите, които осигуряват преустановената анимация на астронавтите, се провалят, както в скорошния филм „Пътници“, героите на който се събудиха 90 години предсрочно? Колко безценни научни данни никога няма да получи човечеството, ако се откажем от полетните експерименти в полза на съня?
Може би подобни въпроси са накарали хората да се замислят как да преодолеят безграничното пространство, без да заспят. Можете да приложите „ротационния метод“: например всяка година няколко астронавти се събуждат и поемат контрола над състоянието на космическия кораб. Година по-късно те се заменят със следното. Но какво ще стане, ако до момента, в който експедицията бъде изпратена, човечеството не е намерило начин безопасно да се потопи в анимация, спирана от дълъг сън? В края на краищата тези експерименти са само в начален етап.
Една снимка от филма Pandorum.
Резултатът от подобни дискусии бяха проектите на „кораби от поколения“. Това е кораб за междузвездно пътуване със скорост, много по-малка от скоростта на светлината. Такъв кораб би трябвало да лети хиляди години. През това време първите колонисти ще остареят и ще умрат, техните потомци ще заемат мястото им. Този сценарий ще се повтори много пъти преди експедицията да пристигне на местоназначението си.
Един от най-известните генерационни дизайни на кораби беше базиран на Orion. Този "взрив" (ядрено-импулсен кораб) е разработен в САЩ в средата на 20 век. Той трябваше да се движи поради поредица от ядрени заряди, активирани на малко разстояние зад кораба. Част от продуктите от експлозията попаднаха в "опашката" на космическия кораб, където масивна рефлекторна плоча поглъщаше енергия и с помощта на система от амортисьори я пренасяше в космическия кораб. Мащабът на проекта Energy Limited Orion Starship е изумителен: диаметърът на кораба беше 20 километра. Според изчисленията на разработчиците този кораб би могъл да достигне най-близката звездна система Алфа Кентавър през 1330 години. Размерите на кораба бяха напълно достатъчни, за да побере истински кораб от поколения - всъщност малък космически град. НАСА обаче заложи на по-евтини проекти, а Орион остана теория.
Промоционално видео:
Ако обаче нещата бяха тръгнали по друг начин, можеше ли днес да изпратим първите колонисти в космоса? За съжаление не. Концепцията за космически кораби от поколения решава много от теоретичните проблеми на дългите космически пътувания - и създава редица нови проблеми. Ще разберем с какви трудности могат да се сблъскат корабите на поколенията и какво трябва да имате предвид, когато отидете на далечни звезди.
Energy Limited Orion Starship.
Къде летим?
Привържениците на колонизацията в космоса са разделени на две групи: някой създава проекти за тераформиране на Марс, а някой е сигурен, че намирането на нова Земя може да бъде намерено само в други звезди. Изследователите на екзопланетите потвърждават, че е възможно да се намери космическо тяло, подходящо за живот извън Слънчевата система, въпреки че това не е лесно.
За успешното преселване е важно намерената планета да прилича на Земята по много начини. Нуждаем се от температура, приемлива за земния живот и вода в течно състояние. Звездата, около която се върти планетата, трябва да се държи колкото е възможно по-спокойно - честите и интензивни пламъци причиняват резки скокове на температурата. Потокът от заредени частици от звезда може да повреди атмосферата на планетата и с течение на времето „издуха“почти цялата газова обвивка. Може би в Слънчевата система това се е случило с Меркурий.
Площта на пространството около звездата, в която планетите могат да имат течна вода, се нарича обитаема зона. Това е един вид „средна“зона на планетарната система. Планетите в него не са твърде далеч от звездата, те получават достатъчно енергия, така че водата да не замръзва. Но в същото време те не трябва да са твърде близо до звездата - водата може да се изпари. В англоезичната литература този сайт се нарича „Зоната на Златоноките“в чест на приказката за момиче, което попаднало в къща с три мечки. Докато животните не са вкъщи, тя решава да спи малко и последователно ляга на три легла: едното е твърде твърдо, другото е твърде меко, а третото е точно така.
Изглежда, че и ние можем просто да „подредим“всички планети в определена система и да изберем подходящата. Уви, не всички планети в обитаемата зона са подходящи за нас: течна вода е възможна по тях, но всички други условия на повърхността на такава планета може да са непоносими за земляните.
През лятото на 2016 г. астрофизиците в Европейската южна обсерватория обявиха откриването на най-близката до Земята екзопланета. Той орбитира Проксима Кентавър, най-близката звезда до Слънчевата система и сега се нарича Проксима Кентавър b. Според учените той се намира в обитаемата зона на своята звезда и може да има течна вода. Нито един от известните климатични модели не противоречи на това. Но е рано да се обадим на Proxima Centauri b нашия нов дом. Тя е много по-близо до своята звезда, отколкото Земята до Слънцето, и ефектите, причинени от тази близост, могат да бъдат непредсказуеми.
Потенциално обитаеми екзопланети. Планетите TRAPPIST-1 все още не са посочени.
Свежо откритие от началото на 2017 г. - седем екзопланети близо до хладно червеното джудже TRAPPIST-1 в съзвездието Водолей. Всички планети са сходни по размер с Земята. Хипотетично може да има течна вода на всичките седем планети, но най-вероятно се намира на планетите TRAPPIST-1e, f и g. Астрофизиците спекулират, че новите телескопи - като Европейският изключително голям телескоп, който започна да се строи в Чили през 2014 г. - ще могат да покажат със сигурност дали тези планети имат вода.
Основното е, че дори екзопланетата, която е най-близо до Земята, все още е на голямо разстояние от нас. Намира се на 4,24 светлинни години - за пътуването по тази пътека съществуващите космически кораби, дори без да се отчита времето за ускорение и забавяне, ще отнемат десетки хиляди години. За сравнение, планетите около TRAPPIST-1 са на около 40 светлинни години. Технологията напредва, но разстоянията в космоса все още изглеждат безкрайни. Това ни кара да мислим отново и отново за проекти като кораба на поколенията.
Ето как може да изглежда повърхността на планетата TRAPPIST-1f (илюстрация на НАСА).
Двигатели на бъдещето
Но може би все още има начин да покриете тези разстояния по-бързо? Възможностите на съществуващите космически кораби очевидно не са достатъчни, но новите разработки продължават. Един от най-впечатляващите проекти е слънчевото (фотонно) платно. Той използва налягането на светлината върху огледална повърхност. В слънчевата система едно платно може да се захранва от слънчева светлина и тази технология вече съществува. През 2010 г. японският космически кораб IKAROS (Междупланетен кайт-кораб, ускорен от радиацията на слънцето) отиде в космоса. Снабден е с квадратно платно със страна 14 метра, състоящо се от четири венчелистчета. Към тях са прикрепени слънчеви панели. Задачата на IKAROS беше да отвори успешно слънчевото платно и да се движи с негова помощ, а японското устройство се справи с това в най-голяма степен. Все пак налягането на слънчевата светлина е сравнително малко,следователно, за да надхвърлим нашата система, ще трябва да използваме други източници. Има проекти за овърклок на такова устройство с помощта на лазер. Слънчевото платно има неоспорими предимства: не изисква гориво и може да бъде относително леко само по себе си. Човечеството обаче няма достатъчно ресурси, за да пусне междузвезден ветроход. Ще са необходими много мощни лазерни системи с висока точност или принципно ново решение на този проблем. Ще са необходими много мощни лазерни системи с висока точност или принципно ново решение на този проблем. Ще са необходими много мощни лазерни системи с висока точност или принципно ново решение на този проблем.
Друг обещаващ двигател, който вече съществува, е йонният. Работната му течност е йонизиран инертен газ (аргон, ксенон) или живак. Йонизираното вещество се ускорява в електростатично поле до много високи скорости. Системата за извличане на положителни йони ги „издърпва“от веществото и ги изхвърля в пространството, осигурявайки движение. Йонните двигатели бяха използвани в Hayabusa (през 2010 г., доставиха почвени проби от астероида Itokawa на Земята) и Dawn (пуснати през 2007 г. за проучване на Веста и Церера).
Такъв двигател постига висок специфичен импулс и нисък разход на гориво. Недостатъкът на съвременните йонни двигатели е изключително ниска тяга, така че такъв кораб няма да може да изстреля от Земята, ще трябва да бъде построен извън планетата.
Апарат за зората (компютърна графика).
Друга интересна концепция е междузвездният двигателен двигател Bassard. Кораб, оборудван с такъв двигател, улавя материала на междузвездната среда (включително водород), използвайки "фуния" от мощно електромагнитно поле. Диаметърът на фунията трябва да бъде хиляди или дори десетки хиляди километри. Събраният водород се използва в корабния термоядрен ракетен двигател. Това гарантира автономността на горивото на съда.
Уви, този двигател има и много технически ограничения. Скоростта му не е толкова висока, тъй като при улавяне на всеки водороден атом корабът губи определен инерция и това може да бъде компенсирано чрез тяга само при сравнително ниска скорост. За да се преодолее това ограничение, е необходимо да се намерят начини за максимално пълно използване на хванатите атоми.
Ето как може да изглежда кораб, задвижван от двигател на Bassard (илюстрация на Джо Бергерон).
Общество на борда
Колко хора могат да отидат в междузвездна експедиция? Оценките на експертите се различават значително. Това е въпреки факта, че повечето от тях са оптимисти за продължителността на полета в стотици, а не хиляди години. През 2002 г. антропологът Джон Мур от Университета на Флорида предположи, че население от около 160 в малко село ще бъде достатъчно, за да създаде стабилна популация за 200-годишен полет. В същото време няма да се изисква жестоко „социално инженерство“, както при дистопиите, познатото ни семейство ще стане основата на космическата колония. Всеки ще има около дузина подходящи брачни партньори. Дори днес - с привидно безкраен избор - повечето хора не надвишават този брой партньори по отношение на дългосрочните отношения.
Въпреки това, при такива малки популации съществува опасност от намалено генетично разнообразие. Тя може да намалява както постепенно, така и неочаквано - например, в случай на опасна инфекция, експедицията ще срещне „ефект на задръстване“, при което населението рязко спада и след това постепенно се възстановява. Генофондът става все по-беден и това се отразява в потомците на онези, които са оцелели след бедствието. В животинското царство този ефект повлия на генетичното разнообразие на гепардите - смята се, че по едно време само няколко индивида са успели да оцелеят. Видът беше на прага на изчезване, сега само около 7000 гепарди живеят в дивата природа по света. Поради дългото свързано кръстосване, те не се различават по устойчивост на болести, а в дивата природа повечето от малките не живеят до една година.
Друга заплаха за колонистите е ефектът на основателя. Той възниква, когато малък брой представители на определен вид обитават нова територия. Те не запазват целия генофонд на първоначалната популация, следователно може да се сблъскат и с проблема за постепенното намаляване на генетичното разнообразие.
Антропологът Камерън Смит от държавния университет в Портланд изчисли през 2013 г., че са необходими десетки хиляди хора, за да се справят с тези заплахи за 150 години полет. Според него стабилното население се нуждае от около 40 000 души, от които поне 23 500 са в детеродна възраст. Колонията обаче може да бъде по-малка, ако разполага с достатъчно голяма банка на ембриони.
Една снимка от филма Pandorum.
Пространство в мазето, пространство в пустинята
Разбира се, всички тези важни въпроси ще останат само теоретични за дълго време. Днешните технологии не са в състояние да изпратят човек до съседни звезди и това ще бъде извън нашите сили за дълго време. Но изследванията в бъдеще, които могат да приближат космическото бъдеще, включително кораби от поколения, продължават няколко десетилетия.
Един от най-известните видове такива експерименти е създаването на затворени екосистеми. Пътниците на кораба от поколения ще живеят в него хиляди години, така че колонията трябва да е напълно самодостатъчна: няма къде да чакаме помощ. Този опит ще бъде полезен при развитието на нова планета. Проектите за създаване на затворени системи започват през 70-те години на миналия век, малко след кацането на човек на Луната.
В СССР през 1968-1972 г. е построен "BIOS-3". Учени от Красноярск Акадгородок са създали запечатано помещение с размери 14 × 9 × 2,5 м и обем от около 315 м³ в мазето на Института по биофизика, състоящо се от четири отделения. „Кабини за екипажи“и оборудване заемаха само един от тях, в останалата част имаше камери-фитотрони за отглеждане на растения и култиватори на микроводорасли. Използвани са специални сортове: например специално отгледана джудже пшеница със съкратено стъбло. В BIOS-3 бяха проведени 10 експеримента, като най-дългият продължи 180 дни. Участниците успяха да създадат напълно затворена система за консумация на газ и вода. Те са си осигурявали храна с 80%.
В началото на 90-те се проведе може би най-известният експеримент по създаването на затворена система - "Биосфера-2". В Аризона е издигнат комплекс от няколко сгради и оранжерии на площ от около 1,5 хектара. Вътре бяха моделирани няколко природни зони: тропически гъсталаци, савани, мангрови гори и дори океан. В „Биосфера-2“живееха около 3000 вида растения и животни. Екипът на проекта се състоеше от осем души - еднакво мъже и жени. Те подкрепиха работата на технологиите за циркулация на водата и въздуха, ангажираха се в стопанството за издръжка и проведоха различни експерименти.
Комплексна биосфера-2.
Първият етап на експеримента продължи две години. За една година „колонистите“успяха да установят производството на храни: през първите месеци хората постоянно гладуваха. По-късно те се приспособиха към новата диета и много от показателите за здравето на участниците се подобриха в резултат на експеримента, например, кръвното налягане се понижи. Най-големият проблем беше спадът в нивата на кислород. Участничката в проекта Джейн Пойнтер припомня: „Когато загубите много кислород - и нивото ни спадна значително, то спадна от 21% на 14,2% - чувствате се ужасно. Събуждате се задъхващ въздух, защото съставът на кръвта ви се променя. В съня спирате да дишате, после накрая вдишвате и се събуждате. Това е ужасно досадно. А отвън всички бяха убедени, че умираме “.
Смята се, че нивото на кислорода започва да пада, защото микроорганизмите на "Биосфера-2" се размножават по-активно от очакваното. Същото се случи и с насекомите. Беше забранено тяхното унищожаване с помощта на пестициди: това може да наруши баланса на изкуствената биосфера. В резултат на това организаторите на проекта трябваше да фалшифицират данни: липсващият кислород се изпомпва в системата. Когато това стана известно, критиките паднаха върху участниците в експеримента. Но нивото на кислород продължи да пада дори при доставките на газ отвън и точно две години след началото първата фаза на проекта беше прекратена. Като цяло експериментът беше установен като неуспешен. Но не омаловажавайте значението на подобни експерименти. Първо, те показват много клопки в изчисленията и помагат за създаването на по-реалистични модели. Второ, тези проекти наподобяват:Колонизирането на пространството изисква повече от мощни двигатели. За да стигне някой ден до други планети, човечеството ще се нуждае от голямо разнообразие от знания и умения.
Участници в експеримента BIOS-3 с реколтата от жито.
Бунт на кораб?
Много трудности очакват участниците в хилядолетни експедиции. Някои от проблемите са свързани с околната среда: например разрушителните ефекти на космическото излъчване. Може да допринесе за развитието на рак, увреждане на костния мозък и нарушения в имунната система. Следователно, влизайки в космоса, трябва правилно да се защитите. Ще са необходими системи за прогнозиране на радиацията, които отчитат много параметри. Основната задача е да се определи степента на увреждане на здравето и постоянно да се поддържа баланс. Колонистите неизбежно ще трябва да поемат рискове и дизайнерите на кораби ще трябва да намерят начин да монтират защитни елементи на кораба, без да жертват полезен товар.
Не по-малко опасни са, колкото и да е странно, морални и етични затруднения. Хората, искрено отдадени на работата си, които вярват в необходимостта от завладяването на други планети, ще отидат в космоса. Но дали техните потомци ще успеят да запазят тази вяра и ще искат ли? Ами ако представителите на „междинните“поколения един ден се почувстват в капан във високотехнологичния космически затвор? Етиката трябва да намери отговор на тези въпроси, в противен случай проблемите не могат да бъдат избегнати.
Една снимка от филма Pandorum.
Последствията са непредвидими: от песимизъм и апатия на екипажа до открити конфликти. В затвореното пространство на кораба неразбирането на бащите и децата или идеологическите спорове ще станат катастрофални. Това се потвърждава от историята на същата "Биосфера-2". Когато стана ясно, че нивата на кислород падат неумолимо, експериментаторите се разделят на две групи. Някои искаха незабавно да напуснат „Биосферата“, други - по всякакъв начин да доведат проекта до края. Говори се, че конфликтът се разрази до такава степен, че много от бившите участници в експеримента все още не си говорят един с друг. Но те прекараха само две години в затворена система!
И така, докато човечеството тепърва започва пътя към звездите. Ще бъдат необходими много повече изследвания, за да се създадат жизнеспособни дизайни за самоподдържаща се космическа колония и надежден междузвезден кораб.
Наталия Пелезнева
