Если использовать существующие технологии, времени, чтобы отправить ученых и астронавтов в межзвездную миссию, потребуется очень и очень много. Путешествие будет мучительно долгим (даже по космическим меркам). Если мы хотим осуществить такое путешествие хотя бы за одну жизнь, ну или за поколение, нам нужны более радикальные (читай: сугубо теоретические) меры. И если червоточины и подпространственные двигатели на текущий момент являются абсолютно фантастическими, много лет существовали другие идеи, в реализацию которых мы верим.

Ядерная силовая установка

Ядерная силовая установка - это теоретически возможный «двигатель» для быстрого космического путешествия. Концепцию первоначально предложил Станислав Улам в 1946 году, польско-американский математик, принимавший участие в Манхэттенском проекте, а предварительные расчеты сделали Ф. Райнес и Улам в 1947 году. Проект «Орион» был запущен в 1958 году и просуществовал до 1963-го.

Под руководством Теда Тейлора из General Atomics и физика Фримена Дайсона из Института перспективных исследований в Принстоне, «Орион» должен был использовать силу импульсных ядерных взрывов, чтобы обеспечить огромную тягу с очень высоким удельным импульсом.

В двух словах, проект «Орион» включает крупный космический аппарат, который набирает скорость за счет поддержки термоядерных боеголовок, выбрасывая бомбы позади и ускоряясь за счет взрывной волны, которая уходит в расположенный сзади «пушер», панель для толчка. После каждого толчка сила взрыва поглощается этой панелью и преобразуется в движение вперед.

Хотя по современным меркам эту конструкцию сложно назвать элегантной, преимущество концепции в том, что она обеспечивает высокую удельную тягу - то есть извлекает максимальное количество энергии из источника топлива (в данном случае ядерных бомб) при минимальных затратах. Кроме того, эта концепция может теоретически разгонять очень высокие скорости, по некоторым оценкам, до 5% от скорости света (5,4 х 10 7 км/ч).

Конечно, у этого проекта имеются неизбежные минусы. С одной стороны, корабль такого размера будет крайне дорого строить. По оценкам, которые сделал Дайсон в 1968 году, космический аппарат «Орион» на водородных бомбах весил бы от 400 000 до 4 000 000 метрических тонн. И по крайней мере три четверти этого веса будут приходиться на ядерные бомбы, каждая из которых весит примерно одну тонну.

Скромные подсчеты Дайсона показали, что общая стоимость строительства «Ориона» составила бы 367 миллиардов долларов. С поправкой на инфляцию, эта сумма выливается в 2,5 триллиона долларов, это довольно много. Даже при самых скромных оценкам, аппарат будет крайне дорогим в производстве.

Есть еще небольшая проблема радиации, которую он будет излучать, не говоря уж о ядерных отходах. Считается, что именно по этой причине проект был свернут в рамках договора о частичном запрете испытаний от 1963 года, когда мировые правительства стремились ограничить ядерные испытания и остановить чрезмерный выброс радиоактивных осадков в атмосферу планеты.

Ракеты на ядерном синтезе

Другая возможность использования ядерной энергии заключается в термоядерных реакциях для получения тяги. В рамках этой концепции, энергия должна создаваться во время воспламенения гранул смеси дейтерия и гелия-3 в реакционной камере инерционным удержанием с использованием электронных лучей (подобно тому, что делают в Национальном комплексе зажигания в Калифорнии). Такой термоядерный реактор взрывал бы 250 гранул в секунду, создавая высокоэнергетическую плазму, которая затем перенаправлялась бы в сопло, создавая тягу.

Подобно ракете, которая полагается на ядерный реактор, эта концепция обладает преимуществами с точки зрения эффективности топлива и удельного импульса. По оценке, скорость должна достигать 10 600 км/ч, что намного превышает пределы скорости обычных ракет. Более того, эта технология активно изучалась в течение последних нескольких десятилетий, и было сделано много предложений.

Например, между 1973 и 1978 годами Британское межпланетное общество провело исследование возможности проекта «Дедал». Опираясь на современные знания и технологии термоядерного синтеза, ученые призвали к строительству двухступенчатого беспилотного научного зонда, который смог бы добраться до звезды Барнарда (5,9 светового года от Земли) за срок человеческой жизни.

Первая ступень, крупнейшая из двух, работала бы в течение 2,05 года и разогнать аппарат до 7,1% скорости света. Затем эта ступень отбрасывается, зажигается вторая, и аппарат разгоняется до 12% скорости света за 1,8 года. Потом двигатель второй ступени отключается, и корабль летит в течение 46 лет.

По оценкам проекта «Дедал», миссии потребовалось бы 50 лет, чтобы достичь звезды Барнарда. Если к Проксиме Центавра, то же судно доберется за 36 лет. Но, конечно, проект включает массу нерешенных вопросов, в частности неразрешимых с использованием современных технологий - и большинство из них до сих пор не решены.

К примеру, на Земле практически нет гелия-3, а значит, его придется добывать в другом месте (вероятнее всего, на Луне). Во-вторых, реакция, которая движет аппарат, требует, чтобы испускаемая энергия значительно превышала энергию, затраченную на запуск реакции. И хотя эксперименты на Земле уже превзошли «точку безубыточности», мы еще далеки от тех объемов энергии, что смогут питать межзвездный аппарат.

В-третьих, остается вопрос стоимости такого судна. Даже по скромным стандартам беспилотного аппарата проекта «Дедал», полностью оборудованный аппарат будет весить 60 000 тонн. Чтобы вы понимали, вес брутто NASA SLS чуть выше 30 метрических тонн, и один только запуск обойдется в 5 миллиардов долларов (по оценкам 2013 года).

Короче говоря, ракету на ядерном синтезе будет не только слишком дорого строить, но и потребуется уровень термоядерного реактора, намного превышающий наши возможности. Icarus Interstellar, международная организация гражданских ученых (некоторые из которых работали в NASA или ЕКА), пытается оживить концепцию с проектом «Икар». Собранная в 2009 году группа надеется сделать движение на синтезе (и другое) возможным в обозримом будущем.

Термоядерный ПВРД

Известный также как ПВРД Буссарда, двигатель впервые предложил физик Роберт Буссард в 1960 году. По своей сути, это улучшение стандартной термоядерной ракеты, которая использует магнитные поля для сжатия водородного топлива до точки запуска синтеза. Но в случае ПВРД, огромная электромагнитная воронка всасывает водород из межзвездной среды и сливает в реактор как топливо.

По мере того как аппарат набирает скорость, реактивная масса попадает в ограничивающее магнитное поле, которое сжимает ее до начала термоядерного синтеза. Затем магнитное поле направляет энергию в сопло ракеты, ускоряя судно. Поскольку никакие топливные баки не будут его замедлять, термоядерный ПВРД может развить скорость порядка 4% световой и отправиться куда угодно в галактику.

Тем не менее у этой миссии есть масса возможных недостатков. К примеру, проблема трения. Космический аппарат полагается на высокую скорость сбора топлива, но вместе с тем будет сталкиваться с большим количеством межзвездного водорода и терять скорость - особенно в плотных регионах галактики. Во-вторых, дейтерия и трития (которые используются в реакторах на Земле) в космосе немного, а синтез обычного водорода, которого много в космосе, пока нам неподвластен.

Впрочем, научная фантастика полюбила эту концепцию. Самым известным примером является, пожалуй, франшиза «Звездный путь», где используются «коллекторы Буссарда». В реальности же наше понимание реакторов синтеза далеко не так прекрасно, как хотелось бы.

Лазерный парус

Солнечные паруса давно считаются эффективным способом покорения Солнечной системы. Помимо того, что они относительно просты и дешевы в изготовлении, у них большой плюс: им не нужно топливо. Вместо использования ракет, нуждающихся в топливе, парус использует давление радиации звезд, чтобы разгонять сверхтонкие зеркала до высоких скоростей.

Тем не менее, в случае межзвездного перелета, такой парус придется подталкивать сфокусированными лучами энергии (лазером или микроволнами), чтобы разгонять до скорости, близкой к световой. Концепцию впервые предложил Роберт Форвард в 1984 году, физик лаборатории Hughes Aircraft.

Его идея сохраняет преимущества солнечного паруса в том, что не требует топлива на борту, а также и в том, что лазерная энергия не рассеивается на расстоянии так же, как и солнечная радиация. Таким образом, хотя лазерному парусу потребуется некоторое время, чтобы разогнаться до околосветовой скорости, он впоследствии будет ограничен только скоростью самого света.

По данным исследования Роберта Фрисби в 2000 году, директора по исследованиям передовых двигательных концепций в Лаборатории реактивного движения NASA, лазерный парус разгонится до половины световой скорости меньше чем за десять лет. Он также рассчитал, что парус диаметром 320 километров мог бы добраться до Проксимы Центавра за 12 лет. Между тем, парус 965 километров в диаметре прибудет на место всего через 9 лет.

Однако строить такой парус придется из передовых композитных материалов, чтобы избежать плавления. Что будет особенно сложно, учитывая размеры паруса. Еще хуже обстоит дело с расходами. По мнению Фрисби, лазерам потребуется стабильный поток в 17 000 тераватт энергии - примерно столько весь мир потребляет за один день.

Двигатель на антиматерии

Любители научной фантастики хорошо знают, что такое антиматерия. Но если вы забыли, антиматерия - это вещество, состоящее из частиц, которые имеют такую же массу, как и обычные частицы, но противоположный заряд. Двигатель на антиматерии - это гипотетический двигатель, в основе которого лежат взаимодействия между материей и антиматерией для генерации энергии, или создания тяги.

Короче говоря, двигатель на антиматерии использует сталкивающиеся между собой частицы водорода и антиводорода. Испущенная в процессе аннигиляции энергия сравнима по объемам с энергией взрыва термоядерной бомбы в сопровождении потока субатомных частиц - пионов и мюонов. Эти частицы, которые движутся со скоростью одной третьей от скорости света, перенаправляются в магнитное сопло и вырабатывают тягу.

Преимущество такого класса ракет в том, что большую часть массы смеси материи/антиматерии можно преобразовать в энергию, что обеспечивает высокую плотность энергии и удельный импульс, превосходящий любую другую ракету. Более того, реакция аннигиляции может разогнать ракету до половины скорости света.

Такой класс ракет будет самым быстрым и самым энергоэффективным из возможных (или невозможных, но предлагаемых). Если обычные химические ракеты требуют тонны топлива, чтобы продвигать космический корабль к месту назначения, двигатель на антиматерии будет делать ту же работу за счет нескольких миллиграмов топлива. Взаимное уничтожение полукилограмма частиц водорода и антиводорода высвобождает больше энергии, чем 10-мегатонная водородная бомба.

Именно по этой причине Институт перспективных концепций NASA исследует эту технологию как возможную для будущих миссий на Марс. К сожалению, если рассматривать миссии к ближайшим звездным системам, сумма необходимого топлива растет в геометрической прогрессии, и расходы становятся астрономическими (и это не каламбур).

Согласно отчету, подготовленному к 39-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference и Exhibit, двухступенчатая ракета на антивеществе потребует больше 815 000 метрических тонн топлива, чтобы добраться до Проксимы Центавра за 40 лет. Это относительно быстро. Но цена…

Хотя один грамм антивещества производит невероятное количество энергии, производство одного только грамма потребует 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии и выльется в триллион долларов. В настоящее время общее количество антивещества, которое было создано людьми, составляет меньше 20 нанограммов.

И даже если бы мы могли задешево производить антиматерию, нам потребовался бы массивный корабль, который смог бы удерживать необходимое количество топлива. Согласно докладу доктора Даррела Смита и Джонатана Вебби из Авиационного университета Эмбри-Риддл в штате Аризона, межзвездный корабль с двигателем на антивеществе мог бы набрать скорость в 0,5 световой и достичь Проксимы Центавра чуть больше чем за 8 лет. Тем не менее сам корабль весил бы 400 тонн и потребовал бы 170 тонн топлива из антивещества.

Возможный способ обойти это - создать судно, которое будет создавать антивещество с последующим его использованием в качестве топлива. Эта концепция, известная как Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), была предложена Ричардом Обаузи из Icarus Interstellar. Опираясь на идею переработки на месте, корабль VARIES должен использовать крупные лазеры (запитанные огромными солнечными батареями), создающие частицы антивещества при выстреле в пустой космос.

Подобно концепции с термоядерным ПВРД, это предложение решает проблему перевозки топлива за счет его добычи прямо из космоса. Но опять же, стоимость такого корабля будет чрезвычайно высокой, если строить его нашими современными методами. Мы просто не в силах создавать антивещество в огромных масштабах. А еще нужно решить проблему с радиацией, поскольку аннигиляция материи и антиматерии производит вспышки высокоэнергетических гамма-лучей.

Они не только представляют опасность для экипажа, но и для двигателя, чтобы те не развалились на субатомные частицы под воздействием всей этой радиации. Короче говоря, двигатель на антивеществе совершенно непрактичен с учетом наших современных технологий.

Варп-двигатель Алькубьерре

Любители научной фантастики, без сомнения, знакомы с концепцией варп-двигателя (или двигателя Алькубьерре). Предложенная мексиканским физиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году, эта идея была попыткой вообразить мгновенное перемещение в пространстве без нарушения специальной теории относительности Эйнштейна. Если коротко, эта концепция включает растяжение ткани пространства-времени в волну, которая теоретически приведет к тому, что пространство перед объектом будет сжиматься, а позади - расширяться.

Объект внутри этой волны (наш корабль) сможет ехать на этой волне, будучи в «варп-пузыре», со скоростью намного превышающей релятивистскую. Поскольку корабль не движется в самом пузыре, а переносится им, законы относительности и пространства-времени нарушаться не будут. По сути, этот метод не включает движение быстрее скорости света в локальном смысле.

«Быстрее света» он только в том смысле, что корабль может достичь пункта назначения быстрее луча света, путешествующий за пределами варп-пузыря. Если предположить, что космический аппарат будет оснащен системой Алькубьерре, он доберется до Проксимы Центавра меньше чем за 4 года. Поэтому, если говорить о теоретическом межзвездном космическом путешествии, это, безусловно, наиболее перспективная технология в плане скорости.

Разумеется, вся эта концепция чрезвычайно спорная. Среди аргументов против, например, то, что она не принимает во внимание квантовую механику и может быть опровергнута теорией всего (вроде петлевой квантовой гравитации). Расчеты необходимого объема энергии также показали, что варп-двигатель будет непомерно прожорлив. Другие неопределенности включают безопасность такой системы, эффекты пространства-времени в пункте назначения и нарушения причинности.

Тем не менее в 2012 году ученый NASA Гарольд Уайт заявил, что вместе с коллегами начал исследовать возможность создания двигателя Алькубьерре. Уайт заявил, что они построили интерферометр, который будет улавливать пространственные искажения, произведенные расширением и сжатием пространства-времени метрики Алькубьерре.

В 2013 году Лаборатория реактивного движения опубликовала результаты испытаний варп-поля, которые проводились в условиях вакуума. К сожалению, результаты сочли «неубедительными». В долгосрочной перспективе мы можем выяснить, что метрика Алькубьерре нарушает один или несколько фундаментальных законов природы. И даже если его физика окажется верной, нет никаких гарантий, что систему Алькубьерре можно использовать для полетов.

В общем, все как обычно: вы родились слишком рано для путешествия к ближайшей звезде. Тем не менее, если человечество почувствует необходимость построить «межзвездный ковчег», который будет вмещать самоподдерживающееся человеческое общество, добраться до Проксимы Центавра удастся лет за сто. Если мы, конечно, захотим инвестировать в такое мероприятие.

Что касается времени, все доступные методы кажутся крайне ограниченными. И если потратить сотни тысяч лет на путешествие к ближайшей звезде может нас мало интересовать, когда наше собственное выживание стоит на кону, по мере развития космических технологий, методы будут оставаться чрезвычайно непрактичным. К моменту, когда наш ковчег доберется до ближайшей звезды, его технологии станут устаревшими, а самого человечества может уже не существовать.

Так что если мы не осуществим крупный прорыв в сфере синтеза, антиматерии или лазерных технологий, мы будем довольствоваться изучением нашей собственной Солнечной системы.

Могут ли межзвездные перелеты превратиться из несбыточной мечты в реальную перспективу?

Ученые всего мира говорят, что человечество все дальше продвигается в освоении космоса, появляются все новые открытия и технологии. Однако о межзвездных перелетах людям приходится пока еще только мечтать. Но так ли недостижима и нереальна эта мечта? Чем располагает человечество сегодня и каковы перспективы на будущее?

По оценкам специалистов, если прогресс не застопорится на месте, то на протяжении одного или двух веков, человечество сможет исполнить свою мечту. Сверхмощный телескоп «Кеплер» в свое время позволил астрономам обнаружить 54 экзопланеты, где не исключено развитие жизни, а сегодня уже подтверждено существование 1028 таких планет. Эти планеты, обращающиеся вокруг звезды за пределами Солнечной системы, находятся на таком отдалении от центральной звезды, что на их поверхности возможно поддержание воды в жидком состоянии.

Однако получить ответ на главный вопрос — одиноко ли человечество во Вселенной — пока невозможно из-за гигантских расстояний до ближайших планетных систем. Множество экзопланет, на расстояние ста и менее световых лет от Земли, а также громадный научный интерес, который они вызывают, заставляют взглянуть на идею межзвездных перелетов совершенно по-иному.

Полет к другим планетам будет зависеть от разработки новых технологий и выбора способа, который необходим для достижения такой далекой цели. А пока выбор еще не сделан.

Для того чтобы земляне смогли преодолевать невероятно огромные космические расстояния, причем за сравнительно короткий срок, инженерам и космологам придется создать принципиально новый двигатель. Говорить о межгалактических перелетах пока рано, но человечество могло бы исследовать – Млечный путь, галактику, в которой находится Земля и Солнечная система.

Галактика Млечный путь насчитывает около 200 – 400 миллиардов звезд, вокруг которых по своим орбитам движутся планеты. Ближе всех к Солнцу находится звезда под названием Альфа Центавра. Расстояние до нее примерно сорок триллионов километров или 4,3 световых года.

Ракете с обычным двигателем придется лететь до нее примерно 40 тысяч лет! Пользуясь формулой Циолковского легко подсчитать, что для того, чтобы разогнать космический аппарат с реактивным двигателем на ракетном топливе до скорости в 10% от скорости света, нужно больше горючего, чем его имеется на всей Земле. Поэтому говорить о космической миссии при современных технологиях, это полный абсурд.

Как считают ученые, будущие космические звездолеты смогут летать с использованием термоядерного ракетного двигателя. Реакция термоядерного синтеза позволяет производить энергию на единицу массы в среднем почти в миллион раз больше, чем при химическом процессе сгорания.

Как раз поэтому в 1970 годах группа инженеров совместно с учеными разработали проект гигантского межзвездного корабля с термоядерной двигательной установкой. Беспилотный космический корабль Дедал предполагалось оборудовать импульсным термоядерным двигателем. Небольшие гранулы должны были вбрасываться в камеру сгорания и воспламеняться пучками мощных электронных лучей. Плазма, как продукт термоядерной реакции, вылетающая из сопла двигателя, придает тяговое усилие кораблю.

Предполагалось, что Дедал должен был лететь к звезде Барнарда, путь до которой составляет шесть световых лет. Громаднейший космический корабль добрался бы до нее за 50 лет. И хотя проект не был осуществлен, до сегодняшнего дня нет более реального технического проекта.

Другим направлением в технологии создания межзвездных кораблей является солнечный парус. Использование солнечного паруса рассматривается сегодня как самый перспективный и реалистичный вариант звездолёта. Превосходство солнечного парусника в том, что на борту не нужно топливо, а это значит, что намного возрастет полезная нагрузка по сравнению с другими космическими кораблями. Уже сегодня существует возможность постройки межзвездного зонда, где давление солнечного ветра будет основным источником энергии корабля.

О серьезности намерений освоения межпланетных полетов говорит проект, который разрабатывается с 2010 года в одной из основных научных лабораторий НАСА. Ученые работают над проектом по подготовке в течение ближайших ста лет пилотируемого полета к другим звездным системам.

В тысячах фантастических романов описаны гигантские фотонные звездолеты размером с небольшой (или большой) город, уходящие в межзвездный полет с орбиты нашей планеты (реже — с поверхности Земли). Но по замыслу авторов проекта Breakthrough Starshot все будет происходить совсем не так: в один знаменательный день две тысячи какого-то года к одной из ближайших звезд, альфе Центавра, стартует не один и не два, а сразу сотни и тысячи маленьких звездолетиков размером с ноготь и массой в 1 г. И у каждого из них будет тончайший солнечный парус площадью в 16 м 2 , который и понесет звездолет со все возрастающей скоростью вперед — к звездам.

Такелаж. Для сохранения формы паруса предполагается армировать его графеном. Некоторые композитные материалы на основе графена могут сокращаться под действием приложенного электрического напряжения для активного управления. Для стабилизации парус можно раскрутить или придать ему форму обратного конуса для пассивной самостабилизации в поле лазерного излучения. Солнечный парус. Один из главных элементов проекта — солнечный парус площадью в 16 м² и массой всего 1 г. В качестве материала паруса рассматриваются многослойные диэлектрические зеркала, отражающие 99,999% падающего света (по предварительным расчетам этого должно хватить, чтобы парус не расплавился в поле излучения 100-ГВт лазера). Более перспективный подход, позволяющий сделать толщину паруса меньшей длины волны отражаемого света, — это использование в качестве основы паруса монослоя метаматериала с отрицательным показателем преломления (такой материал к тому же имеет наноперфорацию, что еще уменьшает его массу). Второй вариант — это использование материала не с высоким коэффициентом отражения, а с низким коэффициентом поглощения (10−9), такого как оптические материалы для световодов.

«Выстрел к звёздам»

Основой проекта Breakthrough Starshot стала статья профессора физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филипа Любина «План для межзвездных полетов» (A Roadmap to Interstellar Flight). Основная заявленная цель проекта состоит в том, чтобы сделать межзвездные полеты возможными уже при жизни следующего поколения людей, то есть не через столетия, а через десятилетия.

Полетный план

1. Ракета выводит на околоземную орбиту материнский корабль, содержащий десятки, сотни, тысячи или десятки тысяч зондов. 2. Зонды покидают материнский корабль, разворачивают паруса, ориентируются и занимают стартовую позицию. 3. На Земле начинает работать фазированный массив размерами 1 х 1 км из 20 млн небольших (с апертурой в 20−25 см) лазерных излучателей, фокусирующий лазерный луч на поверхности паруса. 4. Для компенсации атмосферных искажений используются опорные бакены — «искусственные звезды» в верхних слоях атмосферы, на материнском корабле, а также отраженный сигнал от паруса. 5. Зонд разгоняется лазерным лучом в течение нескольких минут до 20% от скорости света, ускорение при этом достигает 30 000 g. На протяжении всего полета, который продлится около 20 лет, лазер периодически отслеживает положение зонда. 6. По прибытии к цели, в систему Альфа Центавра, зонды пытаются обнаружить планеты и сделать их снимки во время пролета. 7. Используя парус как линзу Френеля и лазерный диод в качестве передатчика, зонд ориентируется и передает полученные данные в направлении Земли. 8. Через пять лет на Земле принимают эти данные.

Сразу после официального анонса программы Starshot на авторов проекта обрушилась волна критики со стороны ученых и технических специалистов в различных областях. Критически настроенные эксперты отмечали многочисленные некорректные оценки и просто «белые пятна» в плане программы. Некоторые замечания были приняты во внимание, и план полета был несколько скорректирован в первой итерации.

Итак, межзвездный зонд будет представлять собой космический парусник с электронным модулем StarChip массой 1 г, соединенным сверхпрочными стропами с солнечным парусом площадью 16 м 2 , толщиной 100 нм и массой 1 г. Конечно, света нашего Солнца недостаточно, чтобы разогнать даже столь легкую конструкцию до скоростей, при которых межзвездные путешествия не будут длиться тысячелетиями. Поэтому главная изюминка проекта StarShot — это разгон с помощью мощного лазерного излучения, которое фокусируется на парусе. По оценкам Любина, при мощности лазерного луча 50−100 ГВт ускорение составит около 30 000 g, и за несколько минут зонд достигнет скорости в 20% световой. Полет к альфе Центавра продлится около 20 лет.

Под звёздными парусами

Одна из ключевых деталей проекта — это солнечный парус. В исходном варианте площадь паруса изначально составляла всего 1 м 2 , и из-за этого он мог не выдержать нагрева при разгоне в поле лазерного излучения. Новый вариант использует парус площадью 16 м 2 , так что тепловой режим будет хотя и довольно жестким, но, по предварительным оценкам, не должен расплавить или разрушить парус. Как пишет сам Филип Любин, в качестве основы для паруса планируется использовать не металлизированные покрытия, а полностью диэлектрические многослойные зеркала: «Такие материалы характеризуются умеренным коэффициентом отражения и чрезвычайно низким поглощением. Скажем, оптические стекла для волоконной оптики рассчитаны на большие световые потоки и имеют поглощение порядка двадцати триллионных на 1 мкм толщины». Добиться хорошего коэффициента отражения от диэлектрика при толщине паруса в 100 нм, а это много меньше длины волны, непросто. Но авторы проекта возлагают некоторые надежды на использование новых подходов, таких как монослои метаматериала с отрицательным показателем преломления. «Кроме того, нужно учитывать, что отражение от диэлектрических зеркал настраивается на узкий диапазон длин волн, а по мере ускорения зонда эффект Доплера сдвигает длину волны более чем на 20%, — говорит Любин. — Мы это учитывали, поэтому отражатель будет настроен примерно на двадцатипроцентную ширину полосы излучения. Мы спроектировали такие отражатели. Если необходимо, доступны и отражатели с большей шириной полосы».

Юрий Мильнер, российский бизнесмен и меценат, основатель фонда Breakthrough Initiatives: За последние 15 лет произошли существенные, можно сказать, революционные продвижения по трем технологическим направлениям: миниатюризация электронных компонентов, создание нового поколения материалов, также удешевление и увеличение мощности лазеров. Сочетание этих трех тенденций приводит к теоретической возможности разогнать наноспутник до почти релятивистских скоростей. На первом этапе (5−10 лет) мы планируем провести более углубленное научно-инженерное исследование, чтобы понять, насколько этот проект реализуем. На сайте проекта есть список из примерно 20 серьезных технических проблем, без решения которых мы не сможем идти дальше. Это не окончательный список, но, опираясь на мнение научного совета, мы считаем, что первый этап проекта имеет достаточную мотивацию. Я знаю, что проект звездного паруса подвергается серьезной критике со стороны специалистов, но думаю, что позиция некоторых критически настроенных экспертов связана с не совсем точным пониманием того, что же мы реально предлагаем. Мы финансируем не полет к другой звезде, а вполне реалистичные многоцелевые разработки, связанные с идеей межзвездного зонда лишь общим направлением. Эти технологии найдут применение и для полетов в Солнечной системе, и для защиты от опасных астероидов. Но постановка столь амбициозной стратегической цели, как межзвездный полет, представляется оправданной в том смысле, что развитие технологий за последние 10−20 лет, вероятно, делает реализацию подобного проекта вопросом не веков, как многие предполагали, а скорее — десятилетий.

Лазерная установка

Основная силовая установка звездолета не полетит к звездам — она будет расположена на Земле. Это наземная фазируемая решетка лазерных излучателей размером 1х1 км. Суммарная мощность лазеров должна составлять от 50 до 100 ГВт (это эквивалентно мощности 10−20 Красноярских ГЭС). Предполагается с помощью фазирования (то есть изменения фаз на каждом отдельном излучателе) сфокусировать излучение с длиной волны 1,06 мкм со всей решетки в пятно диаметром несколько метров на расстояниях вплоть до многих миллионов километров (предельная точность фокусировки 10−9 радиана). Но такой фокусировке сильно мешает турбулентная атмосфера, размывающая луч в пятно размером примерно в угловую секунду (10−5 радиана). Улучшения на четыре порядка предполагается достичь с помощью адаптивной оптики (АО), которая будет компенсировать атмосферные искажения. Лучшие системы адаптивной оптики в современных телескопах уменьшают размытие до 30 угловых миллисекунд, то есть до намеченной цели остается еще примерно два с половиной порядка.

Филип Любин в своей статье приводит численные оценки пунктов плана, однако многие ученые и специалисты относятся к этим данным весьма критически. Конечно, для проработки столь амбициозного проекта, как Breakthrough Starshot, требуются годы работы, да и $100 млн — не такая уж и большая сумма для работы подобного масштаба. В особенности это касается наземной инфраструктуры — фазированной решетки лазерных излучателей. Установка такой мощности (50−100 ГВт) потребует гигантского количества энергии, то есть рядом нужно будет построить как минимум десяток крупных электростанций. Помимо этого, потребуется отводить от излучателей огромное количество тепла на протяжении нескольких минут, и как это делать — пока что совсем неясно. Таких вопросов без ответов в проекте Breakthrough Starshot огромное количество, однако пока что работа только началась. «В научный совет нашего проекта входят ведущие специалисты, ученые и инженеры в различных релевантных областях, включая двух нобелевских лауреатов, — говорит Юрий Мильнер. — И я слышал весьма сбалансированные оценки реализуемости этого проекта. При этом мы, безусловно, полагаемся на совокупную экспертизу всех членов нашего научного совета, но в то же время открыты для более широкой научной дискуссии».

«Чтобы победить мелкомасштабную атмосферную турбулентность, фазируемая решетка должна быть разбита на очень мелкие элементы, размер излучающего элемента для нашей длины волны должен составлять не более 20−25 см, — объясняет Филип Любин. — Это минимум 20 млн излучателей, но такое количество меня не пугает. Для обратной связи в системе АО мы планируем использовать много опорных источников — бакенов — и на зонде, и на материнском корабле, и в атмосфере. Кроме того, мы будем отслеживать зонд на пути к цели. Мы также хотим использовать звезды как бакен для настройки фазирования решетки при приеме сигнала от зонда по прибытии, но для надежности будем отслеживать зонд».

Прибытие

Но вот зонд прибыл в систему альфы Центавра, сфотографировал окрестности системы и планеты (если они есть). Эту информацию нужно каким-то образом передать на Землю, причем мощность лазерного передатчика зонда ограничена единицами ватт. А через пять лет этот слабый сигнал нужно принять на Земле, выделив из фонового излучения звезды. По замыслу авторов проекта, у цели зонд маневрирует таким образом, что парус превращается в линзу Френеля, фокусирующую сигнал зонда в направлении Земли. Согласно оценкам, идеальная линза при идеальной фокусировке и идеальной ориентации усиливает сигнал мощностью 1 Вт до 10 13 Вт в изотропном эквиваленте. Но как рассмотреть этот сигнал на фоне гораздо более мощного (на 13−14 порядков!) излучения звезды? «Свет от звезды на самом деле довольно слаб, поскольку ширина линии нашего лазера очень мала. Узкая линия — ключевой фактор в сокращении фона, — говорит Любин. — Идея сделать из паруса линзу Френеля на основе тонкопленочного дифракционного элемента достаточно сложна и требует большой предварительной работы, чтобы понять, как именно лучше сделать это. Этот пункт на самом деле — один из главных в нашем плане проекта».

С другой стороны, фазированная решетка оптических излучателей / приемников излучения общей апертурой в километр — это инструмент, способный видеть экзопланеты с расстояния десятков парсек. Используя приемники с перестраиваемой длиной волны, можно определить состав атмосферы экзопланет. Нужны ли вообще в таком случае зонды? «Конечно, использование фазируемой решетки как очень большого телескопа открывает новые возможности в астрономии. — Но, — добавляет Любин, — мы планируем добавить к зонду инфракрасный спектрометр в качестве более долговременной программы в дополнение к камере и другим датчикам. У нас отличная группа фотоники в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, которая является частью коллаборации».

Но в любом случае, по словам Любина, первые полеты будут совершаться в пределах Солнечной системы: «Поскольку мы можем посылать огромное количество зондов, это дает нам много разных возможностей. Мы также можем посылать подобные маленькие (wafer-scale, то есть на чипе) зонды на обычных ракетах и использовать те же технологии для изучения Земли или планет и их спутников в Солнечной системе».

Редакция благодарит газету « Троицкий вариант — наука » и ее главного редактора Бориса Штерна за помощь в подготовке статьи.

Феоктистов К. Полет к звездам //Квант. - 1990. - № 9. - С. 50-57.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Почти с самого начала космических работ стало ясно, что пространство Солнечной системы, ее планеты находятся в пределах досягаемости космических аппаратов и кораблей, которые мы можем создать, и, следовательно, люди смогут если не высадиться, то во всяком случае добраться до любой планеты. Но одновременно стало проясняться в сознании, что здесь, «дома», скорее всего ничего необычного мы не найдем. Маловероятно, что по данным, полученным в путешествиях по нашей системе, мы существенно продвинемся вперед в понимании мира, в котором живем.

Естественно, возникала мысль о полетах к звездам. Да это и раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к другим планетам Солнечной системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам - вот что казалось главной задачей космической техники. Это представлялось очевидным.

Значит, нужно было начинать думать о звездных кораблях.

Каким должен быть этот корабль? Как его построить? Какие проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты оказались возможны? Размышления, самые простые оценочные расчеты показали, что здесь возникают принципиальные трудности.

Первая - время. Даже если построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света (скажем, со скоростью около 0,7 с), время путешествий будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр Галактики порядка 100 000 световых лет (за год свет «проходит» расстояние 365,25·86400·3·10 8 ≈ 10 16 м, т. е. десять тысяч миллиардов километров).

Что останется даже от замороженых космонавтов к концу путешествия? Или от их зародышей? Да и вправе ли мы решать судьбу еще не родившихся людей? (Это едва ли лучше, чем, не мучаясь сомнениями, облагодетельствовать потомков жизнью при социализме, не представляя, что это такое, каким он будет, можно ли при нем будет жить, и определить для них на вечные времена некую руководящую и направляющую силу.) А если решить эти проблемы - то ведь после путешествия они вернутся в совершенно другой мир. Посмотрите на изменения в течение последних 200 лет, и станет понятным, что вернувшийся из дальнего путешествия космонавт окажется в совершенно чужом мире: путешествие к звездам всегда будет «односторонним». Для окружающих, родных, друзей это будет чем-то вроде самоубийства.

Вторая трудность - опасный поток газа и пыли. Пространство между звездами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, потоки частиц. При движении звездного корабля со скоростью, близкой к скорости света, они создадут поток высокой энергии, который будет воздействовать на корабль.

Мощность потока энергии от частиц, с которыми сталкивается тело, движущееся со скоростью υ (без учета релятивистских эффектов) можно оценить по формуле

\(~W = n \upsilon \dfrac{m_1 \upsilon^2}{2} = \dfrac{nm_1 \upsilon^3}{2} .\)

Здесь n - концентрация частиц в межзвездном пространстве ([n ]= 1/м 3), nυ - число частиц, налетающих на 1 м 2 поверхности тела за время 1 с (1/(м 2 ·с)), m 1 - масса частицы (кг), \(~\dfrac{m_1 \upsilon^2}{2}\) - энергия каждой частицы (Дж) относительно корабля.

Галактический газ состоит в основном из водорода. Масса атома водорода ~ 1,7·10 -27 кг. Концентрация частиц в среднем в Галактике ~ 0,5·10 6 м -3 , в рукавах Галактики ~ 10 6 м -3 , в облаках водорода ~ 2·10 7 м -3 . Масса пыли в межзвездном пространстве примерно в 100 раз меньше массы газа.

Этот поток можно оценить следующими величинами: мощность потока частиц и газа 10 4 - 10 5 Вт/м 2 , потока пыли 10 2 - 10 3 Вт/м 2 , поток частиц - это 3·10 14 частиц/(с·м 2) с энергией каждой частицы порядка 500 МэВ. Воздействие этих потоков приведет к испарению любого защитного экрана и к недопустимо высоким для длительного полета мощностям дозы радиации.

Третья трудность - энергетика. Если в движителе корабля использовать наиболее эффективную термоядерную реакцию, то для путешествия в оба конца со скоростью порядка скорости света даже при идеальной конструкции корабля отношение начальной и конечной масс его оказывается больше 10 30 , что представляется нереализуемым.

Оценку минимального потребного соотношения масс (начальной и конечной) звездного корабля с термоядерным движителем, летящего со скоростью, близкой к скорости света (но позволяющей не учитывать в первом приближении релятивистские поправки), можно провести следующим образом.

Наиболее эффективная термоядерная реакция -

\(~^2_1D + \ ^3_1T \to \ ^4_2He + \ ^1_0n + \ 17,6\) МэВ,

причем 14,1 МэВ из этих 17,6 уносятся нейтронами. Таким образом, для ускорения гелия в движителе можно будет использовать энергию E ~ 3,5 МэВ на один атом гелия. Максимальную скорость истечения гелия в идеальном движителе можно вычислить из соотношения \(~E_1 = \dfrac{m_1 \upsilon^2_i}{2}\) :

\(~\upsilon_i = \sqrt{\dfrac{2E_1}{m_1}}.\)

Подставляя массу атома гелия m 1 ≈ 4·1,67·10 8 кг и E 1 ≈ 3,5·10 6 эВ ≈ 3,5·10 6 ·1,6·10 -19 Дж ≈ 5,6·10 -13 Дж, получаем υ i ≈ 1,3·10 7 м/с.

Соотношение начальной и конечной масс звездного корабля (без учета релятивистских поправок) определяется формулой Циолковского:

\(~\dfrac{M_0}{M_k} = e^{\dfrac{4 \upsilon_k}{\upsilon_n}},\)

где υ k - максимальная скорость полета корабля. Приняв υ k ~ 0,7 с, получим:

\(~\dfrac{M_0}{M_k} \sim e^{\dfrac{4 \cdot 0,7 \cdot 3 \cdot 10^7}{1,3 \cdot 10^7}} \sim e^{70} \sim 2,5 \cdot 10^{30}. \)

Если же думать о фотонном движителе, использующем аннигиляцию материи, то здесь пока одни проблемы (хранение гигантских запасов антивещества, защита зеркала отражателя фотонов от выделяемой энергии и от остатков несреагировавшего антивещества, времена разгона, размеры и т. п.) и не видно решений.

Искушенный читатель, возможно, скажет: но ведь эти оценки сделаны без релятивистских поправок. А что до фотонного движителя - поживем, разберемся и как-нибудь сделаем.

Попробуем показать, что с учетом релятивистских поправок картина получается не лучше. Представим себе Галактический фотонный корабль, способный летать со скоростью, достаточно близкой к скорости света. Собственное время полета космонавта туда и обратно на расстояние порядка половины диаметра Галактики при оптимальном графике полета (непрерывный разгон, а затем - непрерывное торможение) составит 42 года. На Земле при этом пройдет 100 000 лет (см. рисунок).

График космического полета с точек зрения космонавта (а) и земного наблюдателя (б).
а) Собственное время полета космонавта τ e можно рассчитать по формуле
\(~\tau_e = \dfrac{4c}{a} \cdot \operatorname{arch} \left(1 + a \cdot \dfrac{S}{2c^2} \right).\)
(Здесь arch - одна из обратных так называемых гиперболических функций - гиперболический арккосинус\[~\operatorname{arch} x = \ln (x \pm \sqrt{x^2 - 1)}\].) Подставляя скорость света c = 3·10 8 м/с, ускорение a = 9,8 м/с 2 (привычная нагрузка для космонавта-землянина), дальность полета S ≈ 4,7·10 20 м, получаем τ e ≈ 42 года. Скорость в корабельной системе - \(~\upsilon_e \approx \int_{\tau_e} adt\).
б) На Земле при этом пройдет время \(~\tau_z = \dfrac{\tau_e \cdot \operatorname{sh} \operatorname{arch} \left(1 + a \cdot \dfrac{aS}{2c^2} \right)}{\operatorname{arch} \left(1 + a \cdot \dfrac{aS}{2c^2} \right)}\) ≈ 100 000 лет
(\(~\operatorname{sh} x = \dfrac{e^x - e^{-x}}{2}\) - так называемый гиперболический синус).

Предположим, что нам удалось получить идеальный процесс в фотонном движителе, сделать идеальную конструкцию с нулевой массой баков, экранов, отражающего зеркала, насосов и других элементов, и попробуем оценить некоторые параметры такого идеального корабля. Отношение начальной массы корабля к конечной составит ~ 7·10 18 . Это означает, что при массе жилых и служебных помещений и аппаратуры (т. е. того, что везет корабль) всего 100 тонн стартовая масса составит ~ 7·10 20 тонн - больше массы Луны! Причем половина этой массы - антивещество.

Чтобы обеспечить ускорение 9,8 м/с 2 , движитель должен развить тягу Р ~ 10 24 Н. Чтобы получить такую тягу, нужно в фокусе зеркала разместить источник излучения с мощностью порядка 10 33 Вт (эту оценку мы получили по формуле \(~W = \dfrac{Pc}{2}\)). Напомним, что мощность излучения нашего Солнца менее 4·10 26 Вт, т. е. в фокусе фотонного движителя корабля нужно зажечь миллионы Солнц (и поддерживать это «горение»)! Есть теоретическое предложение везти с собой только антивещество. Тогда эти цифры сокращаются, но все равно остаются совершенно фантастическими - в фокусе зеркала фотонного движителя оказывается необходимым зажечь сотни, тысячи Солнц.

Из наших сегодняшних представлений о мире складывается впечатление: нельзя решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света. Похоже, бессмысленно «ломиться» через пространство и время с помощью механической конструкции. Нужно найти способ межзвездных путешествий, не связанный с необходимостью транспортировки материального тела. И тут мы приходим к идее, давно обкатываемой в фантастической литературе,- о путешествиях разумных существ в виде пакета информации.

Электромагнитные волны распространяются практически без потерь во всей наблюдаемой Вселенной. Возможно, здесь и есть ключ к межзвездным полетам.

Если не впадать в мистику, то следует признать, что личность современного органического человека нельзя отделить от тела. Но можно представить специально сконструированного человека, у которого личность и тело разделимы. Аналогично тому, как математическое обеспечение может быть отделено от конструкции современных ЭВМ.

Личность - это индивидуальный комплекс особенностей данного человека в его восприятии внешнего мира, в его реакциях на принимаемую информацию, в его воображении, симпатиях и антипатиях, в его знаниях и т. п.

Личность существует на полях операций и в запоминающих устройствах. Эти поля и устройства - наш мозг, тот материальный носитель, на котором живет и действует интеллект человека, на котором записаны (и непрерывно пополняются, совершенствуются, устаревают и портятся) алгоритмы восприятия и анализа информации, синтеза картины внешнего мира, алгоритмы оценок и пристрастий, промежуточные результаты «вычислений», выводов. Это поле, на котором располагается наше Я. Оно живет как Я тогда, когда человек думает, принимает решения, испытывает эстетическое наслаждение или отвращение, т. е. когда идут операции интеллекта на этом поле операций. Эти операции и есть жизнь личности или, если угодно, жизнь души.

Если пакет информации, являющийся полным содержанием личности, может быть переписан с полей операций и запоминающих устройств, то этот пакет информации может быть и передан по радиолинии на приемную станцию назначения и там переписан в стандартный материальный носитель (или выбираемый по прейскуранту, или...), в котором он сможет жить, действовать и удовлетворять свое любопытство. Во время передачи его пакета информации человек не живет. Для того чтобы он мог жить, необходим материальный носитель.

Такой способ решения задачи полета к звездам стал бы реализацией не только сюжетов современной фантастики, но и сюжетов древних мифов о вознесениях на небо или мгновенных свержений в ад. Это было бы «экспериментальным решением» философских споров о сути человека, о бренности телесной оболочки, о сути бытия. Что есть человек? И что есть истина? Интересно, что выдающиеся философы в разные эпохи, от античности до нашего времени, путем логического анализа (основанного не на знании) приходили к вполне современным представлениям о соотношении между сутью и телом человека. Жизнь человека - это жизнь его души, это бьющаяся мысль о себе («что я?»), о мире вне себя и в себе, это восприятие красоты и отторжение примитива и неправды, это свобода мысли и анализа. Мы здесь, мы живем, пока способны размышлять, оценивать, перерабатывать информацию и генерировать ее. Остальное во мне, тело мое - для обслуживания.

Головной мозг - поле математических операций над символами, числами, понятиями. Но сами операции, мысли, наши переживания - это нечто такое, чего нельзя взять в руки. Человек во все времена пытался материализовать это нечто в виде звуков, слов, рассказов, рукописей, книг... Но всегда это оказывалось лишь тенью, слабым отражением этого нечто.

Тело - обслуживающие системы поля математических операций (питание, очистка, перемещения, связь с внешним миром). Но подавляющее большинство людей, почти все и почти всегда, никогда не различали свое Я и свое тело. И всегда стремились получше его, тело, устроить (в общем-то не зря - без питания умирает головной мозг, распадается поле операций, исчезает личность). Это стремление из поколения в поколение оставалось главной движущей силой человеческого рода. Оно определяло и граби- телЬские походы, и создание новых технологий, и стремление к лучшей организации жизни и общества (в том числе и методом «грабь награбленное», замаскированным лозунгом «долой эксплуататоров»). Дома, автомобили, самолеты, газ и электричество, вычислительная техника родились из этого стремления. Устроить получше свое тело было и остается пока главным движителем в жизни людей. А ведь на самом деле - это все вторичное. Впрочем, говорится это не к тому, что не надо заботиться о теле, 6 мыле, о хлебе насущном. В здоровом теле компьютер работает с меньшим количеством сбоев, с большей скоростью, с более разнообразными и эффективными алгоритмами, обеспечивает большую внутреннюю устойчивость к внешним угрозам и неприятностям. И, главное,- ясность мышления. Но если говорить о главном в отношениях нашего Я с внешним миром, то это - свобода.

Фотонная ракета - мечта, к которой будут стремиться многие поколения наших потомков? или идея фикс, устаревшая едва родившись? (На рисунке - одна из воображаемых конструкций. Длина ракеты более 9,5 км, численность экипажа 300-500 человек.)

Все это говорилось здесь к тому, чтобы напомнить: наше Я, наша индивидуальность, наша суть - это не материальная оболочка. Нет ничего криминального, противоречащего нашему восприятию мира в мысли о возможности разделения индивидуальности и ее материального носителя.

Поэтому с инженерной точки зрения можно сконструировать такой мир, где душу человека можно отделить от тела. В таком мире человек может перемещаться из одного места в другое - скажем, в пределах Солнечной системы - практически мгновенно. Например, для выбранного ¦резидента» можно было бы в достаточно большом количестве центров иметь его базовый пакет информации и передавать только изменения, отражающие его состояние в данный момент времени, и сигнал о его включении в этом месте. В этом же мире можно представить и вселение души (духа?) данного человека в чужое тело. (Какую путаницу можно представить! Даже нам до них будет далеко.)

Возможно ли создать такое существо? Какие стимулы жизни мы должны заложить в него? Мне кажется, именно здесь будет главная проблема. Мы - дело другое. Мы продукт органической эволюции. В нас глубоко заложен инстинкт жизни, инстинкт продолжения рода. Вид, у которого этого инстинкта не было или он был недостаточно развит, не выживал в условиях естественного отбора. Да что там естественный отбор. Когда за возрастом, здоровьем, условиями жизни умирает этот инстинкт - у людей пропадает желание жить. А какой же стимул жизни мы сможем предложить нашему творению? Любопытство? Желание быть полезным людям, создавшим его тело (бренное и сменяемое) и воспитавшим его личность, душу? Желание выявиться в исследованиях мира, в сверхдальних путешествиях, в создании приемно-передающих станций для путешествий, в строительстве космических околозвездных баз?

Убедительны ли эти стимулы? Откуда ему взять привязанность и любовь к ближним? Как воспитать его, чтобы он не оказался монстром с нелепыми и бессмысленными устремлениями к власти, к возможности давать указания, воспитывать и слыть благодетелем? или, наоборот, чтобы он не оказался инфантильным, безынициативным существом, равнодушным к миру, к ближним и к самому себе?

И, конечно, громадные технические проблемы.

Как мы мыслим? Как создаются стереотипы наших реакций, поведения, оценок, как создается наша индивидуальность? Есть подозрение, что наши алгоритмы видения окружающего мира, анализа, мышления создаются каждый раз заново и почти всегда по-иному, и их характер определяется семьей, приятелями и недругами, школой, структурой общества, радостями, огорчениями и удачами нашего детства. В обществе рабов вырастают рабы, в обществе свободных - люди независимые и т. д.

С этой точки зрения очень опасно стандартизировать приемы воспитания, ясли, детские сады, школы... Это самое страшное, что можно сделать для своего будущего. Человечество сильно различностью, разнообразием, индивидуальностями. Конечно, некоторые основы должны быть общими: не убий, не укради, не пожелай... Но готовить человека по стандарту (пусть даже самому высокому) - это готовить собственную гибель.

Как, не понимая всех этих вещей, приступать к созданию искусственного интеллекта? А главное - трагические ошибки и неудачи, которые нас ждут на этой дороге.

Даже здоровое разумное существо нуждается в поддержке и защите, в признании, в ощущении осмысленности своей жизни, своей полноценности и полноправности. Ошибки в идеях разработки, при изготовлении, в воспитании, недостаточная порядочность создателей могут привести к сотворению существ-инвалидов, психически ненормальных и, главное, несчастных. Ведь это все есть у нас, людей: уроды и инвалиды, выращенные, а потом брошенные в равнодушный мир домашние кошки и собаки, брошенные дети и старики...

Но мысль уже вошла в сознание самых любопытных, сообразительных и предприимчивых. Пожалуй, задача создания искусственного интеллекта стала самой популярной задачей нашего времени. Надо думать, это дело пойдет.

Появятся и более понятные трудности.

Чтобы отправить личность в виде пакета информации в галактическое путешествие, надо создать приемные и передающие станции (например, в радиодиапазоне), развезти (например, с помощью автоматических космических аппаратов) эти станции к возможным пунктам назначения (невдалеке от какой-либо звезды для обеспечения станций энергией). Если личность передавать по радиоканалу на галактические расстояния, то придется создавать антенны размером порядка километров, передатчики мощностью порядка 10 8 кВт. Скорости автоматических космических аппаратов, которые летают сейчас, составляют десятки километров в секунду. Представляются достижимыми скорости порядка сотен и даже тысяч километров в секунду. Но это означает, что время развозки по Галактике составит для землян миллионы и даже сотни миллионов лет. Доставка станций даже к ближайшим звездам, находящимся от нас в десятках световых лет, потребует десятков тысячелетий. За это время может быть утерян интерес к предприятию. Тем не менее этот путь - в рамках возможного.

Можно развозить не приемно-пере- дающие станции, а технологию, инструменты, роботов для создания таких станций на месте.

Можно предложить и другой путь осуществления звездных путешествий, а именно - выйти на связь с другими цивилизациями, передать им информацию о строительстве приемно-передающей станции, пригодной для приема и возвращения «наших людей», информацию, необходимую для создания стандартного материального носителя, и таким способом наладить галактические путешествия (тоже идея из фантастики - вспомните, например, «Черное облако»). Тут появляется в рассуждениях старая задача: как выйти на связь с другими цивилизациями? Естественный путь - создать «маяк», получить обратный запрос и вступить в связь. Если исходить из идеи создания импульсного маяка, получающего энергию от звезды, с солнечными батареями мощностью порядка 10 9 кВт (здесь данные применительно к радиомаяку с полосой частот передачи всего 100 Гц), то можно рассчитывать на абонентов, находящихся на расстояниях до пятидесяти тысяч световых лет и имеющих около своей звезды приемные антенны с размерами до 10-20 км. Величины 10 9 кВт не следует пугаться. Солнечные батареи такой мощности должны иметь размеры 100 × 100 км - гигантские, но вообще реальные размеры. Подобную конструкцию можно представить в виде легкой плоской фермы, на которой натянуты пленочные фотоэлементы.

Сроки реализации такой связи составят тысячи и десятки тысяч лет. Уже, правда, не миллионы, но все равно долго.

Может ли быть более короткий путь?

Если другие цивилизации избрали ранее этот путь освоения Галактики, то они могли уже создать и свои «маяки». Значит - искать эти маяки. Создать приемные антенны, способные принять сигналы галактических маяков.

Радиотелескопы с антеннами порядка километров и более можно создать в околосолнечном пространстве. А где искать? Может быть, в центре Галактики? или вдоль средних линий спиральных рукавов? в шаровых звездных скоплениях?

Так или иначе, но это уже десятилетия, а не тысячи и не миллионы лет.

А нет ли еще более простого способа выхода на связь с другими цивилизациями?

Предположим, что представители других цивилизаций уже были (или есть?) на Земле или в Солнечной системе. Какими могут быть следы их деятельности? Где могут располагаться приемно-передающие станции (в том числе промежуточные)?

Тут два направления поиска. Одно - космические люди. Какими их следует ожидать: размеры, особенности их жизни (может быть, например, им не нужны атмосфера и органика для энергопитания, вакуум - их естественная среда обитания...)? Почему они сами не вступили в контакт или почему они не хотят вступать с нами в контакт? Другое направление - поиски их средств связи, приема и передачи путешественников и информации.

Цель таких размышлений на грани фантастики - заглянуть вперед, чтобы понять свои дальние цели, чтобы определить перспективные направления сверхдальнего поиска, сверить эти направления с актуальными проблемами экологии и экономики, обустройства жизни людей на Земле, с интересными на сегодня научными задачами исследования Вселенной и Земли. И из этого анализа выявить направления работ, на которые стоит тратить общие средства, энергию и интеллект людей. Это нужно для того, чтобы взвешенно и разумно сделать выбор, чтобы не тратить зря усилия и средства.

Примеров нелепых решений XX век видел достаточно много. Можно, например, вспомнить о работах в нашей стране над созданием суперракеты H1. Эти работы проводились в шестидесятые годы и были прекращены в 1973 году. Для чего она была нужна? Высаживать экспедицию на Луну? Но параметры ракеты не были увязаны с массой кораблей. Потрясти мир? Шокировать американцев? Или, может быть, для того, чтобы выводить на орбиту какие-то громадные космические аппараты с массой около 100 тонн? Но таких проектов ни тогда, ни сейчас, спустя двадцать лет, не было и нет.

А работы по созданию ракеты «Энергия»? Зачем? Для вывода на орбиты космических аппаратов с массой порядка 100 тонн. Но ведь их нет! И проектов нет!

Или наше последнее «эпохальное» достижение - система «Энергия - Буран». Работы проводились с большим напряжением. Закрывались и отодвигались другие космические и некосмические работы. Истрачены громадные средства. Для чего? Чтобы получить свою «игрушку» и показать, что мы не хуже американцев умеем зря тратить деньги? «Буран» может возвращать с орбиты космические аппараты. Но таких аппаратов, которые требовали бы возвращения с орбиты и стоимость которых была бы больше стоимости запусков «Бурана», нет. Доставка же аппаратов на орбиту с помощью «Бурана» в десятки раз дороже, чем с помощью давно существующих носителей. Так зачем же?

Надо сказать, что упрек в крайне неудачных выборах крупных целей относится не только к нашим чиновникам, но и к американским (Лунная программа, «Шаттл»). В принципе, чиновники везде одинаковы - они ведь распоряжаются не своими деньгами.

Размышления о полете к звездам позволяют выделить несколько интересных направлений работ:

Исследования возможности создания и разработка искусственного интеллекта; - конструирование космических роботов с последующим переходом к созданию человека космоса, личность которого может отделяться от материального носителя и передаваться в виде пакета информации со скоростью света; - разработка идеологии и конструкции «маяков», методов их поиска; - разработка и создание все более крупных радио- и оптических телескопов, с размерами радиоантенн порядка сотен и тысяч метров; - поиск «чужих» выходных каналов связи с Земли, более тонкое (с большим разрешением) фотографирование и изучение поверхности Луны (особенно обратной стороны) и других планет Солнечной системы в поисках средств связи других цивилизаций.

Эти направления работ хорошо коррелируют с современными нуждами человечества.

Первое послание человечества к далеким мирам, установленное на К А «Пионер-10» (1972). Через несколько миллионов лет оно окажется там, где сейчас находится звезда Альдебаран. Не станут ли его получателями наши потомки?

Работы по искусственному интеллекту связаны с решением задачи создания достаточно эффективных роботов, которые могли бы заменить людей на опасных производствах, избавить их от тяжелого физического труда, от рутинной нетворческой работы, помогли бы нам в освоении акваторий и подводного мира. Создание космических роботов - назревшая задача. При работах в открытом космосе они будут более эффективны, чем человек в скафандре. А работы в открытом космосе скорее всего будут развиваться в ближайшие десятилетия: строительство на орбитах экономически эффективных заводов, где в производственных процессах будет использоваться отсутствие силы тяжести, заводов, которые нельзя оставить на Земле из-за их экологической вредности.

Создание больших радиотелескопов позволит вести эффективные исследования и на границах Вселенной, и в центре Галактики...

Этот анализ можно и нужно продолжить. Только совместное рассмотрение ближних и дальних задач позволяет правильно выбирать цели и принимать разумные решения.

Межзвёздный полёт -- путешествие между звёздами пилотируемых аппаратов или автоматических станций. Чаще всего под межзвёздным полётом понимают пилотируемое путешествие, иногда с возможной колонизацией внесолнечных планет.

Строительство эскадры межзвездных кораблей начнется в точках Лагранжа системы Земля-Луна (точки гравитационного равновесия). Материалы по большей части могут доставляться с лунных баз - например контейнеры с ними выстреливаются электромагнитными пушками и улавливаются специальными станциями-ловушками в районе строительства. Двигатель для межзвездного корабля должен иметь тот же порядок мощности, что и вся мощность, потребляемая человечеством на сегодняшний день. Основываясь на предвидимых технологиях и ресурсных возможностях, можно дать абрис будущих межзвездных перелетов.

При рассмотрении космического корабля любого назначения удобно разделить его на две части - двигательную установку и полезную нагрузку. Под двигательной установкой принято понимать не только собственно двигатели, но и баки с топливом, необходимые силовые конструкции. Для проблематики межзвездных перелетов именно двигательная установка является ключевым фактором, определяющим осуществимость проекта. Однако проблемы создания двигательной установки выходят за рамки настоящего рассмотрения. Сейчас для нас важно то, что существуют технологии, которые в ходе своего развития могут стать приемлемыми для осуществления межзвездных перелетов. Здесь на первом месте технологии использования инерциального термоядерного синтеза для ракетного движения. На американской установке NIF (National Ignition Facility) для исследования лазерного термоядерного синтеза стоимостью 3,5 миллиардов долларов уже получены результаты, говорящие о том, что ракетный двигатель на данном принципе может быть создан. Еще более мощная установка такого типа строится у нас под Саровом. Эти установки мало похожи на ракетные двигатели, но если их условно "разрезать" пополам, избавиться от фундаментов, стенок и многого ненужного в космосе оборудования, мы получим ракетный двигатель, который может быть доведен и до межзвездного варианта. Не вдаваясь в детали, отметим, что такие двигатели по необходимости будут большими, тяжелыми и очень мощными. Двигатель для межзвездного корабля должен иметь тот же порядок мощности, что и вся мощность, потребляемая человечеством на сегодняшний день. Располагая таким двигателем (а если такого двигателя нет, то и говорить не о чем), можно более свободно себя чувствовать, рассматривая параметры полезной нагрузки. По аналогии, если для велосипедиста лишние 50 кг уже ощутимы, то тепловоз и лишние 50 тонн не заметит.

Вооружившись таким пониманием, мы можем попробовать представить первую межзвездную экспедицию. При этом придется использовать результаты расчетов и оценок, которые сделаны, но здесь, по понятным причинам, воспроизведены быть не могут.

Строительство эскадры межзвездных кораблей начнется в точках Лагранжа системы Земля-Луна (точки гравитационного равновесия). Материалы по большей части могут доставляться с лунных баз - например контейнеры с ними выстреливаются электромагнитными пушками и улавливаются специальными станциями-ловушками в районе строительства.

Один корабль - это сотни тысяч тонн полезной нагрузки, миллионы тонн - двигатели, десятки миллионов тонн - топливо. Цифры могут напугать, но, чтобы не сильно пугаться, их можно сравнить с другими крупными строительствами. Давным-давно за 20 лет была построена пирамида Хеопса весом более 6 миллионов тонн. Или уже в наши времена -- в Канаде в 1965 году был построен остров "Норт-Дам". Только грунта потребовалось 15 миллионов тонн, а постройка заняла всего 10 месяцев. Самый большой морской корабль -- Knock Nevis -- имел водоизмещение 825 614 тонн. Строительство в космосе имеет свои специфические трудности, но имеет и некоторые преимущества, например, облегчение силовых элементов из-за невесомости, практическое отсутствие ограничений по массе и размерам (на Земле достаточно большая конструкция просто раздавит сама себя).

Примерно 95% массы межзвездного корабля составит термоядерное топливо. Вероятно, в его качестве будут использоваться бороводороды, топливо -- твердое, баки не нужны, что очень улучшает характеристики корабля и облегчает его постройку. Набирать бороводороды лучше не системе Земля-Луна, а где-нибудь подальше от Солнца, в системе Сатурна, например, чтобы избежать потерь на сублимацию. Время строительства можно оценить в несколько десятков лет. Срок не так уж и велик, а кроме того, теми же строителями параллельно будут вестись и другие работы в рамках освоения Солнечной системы. Строительство лучше начинать с сооружения жилых блоков корабля, в которых и поселятся строители и другие специалисты. Заодно, за время строительства и накопления топлива будет в течение десятилетий проверена стабильность работы замкнутой системы жизнеобеспечения.

Замкнутая система жизнеобеспечения - наверное, второй по сложности вопрос после проблемы двигателей. Один человек потребляет примерно 5 кг воды, еды и воздуха в сутки, если все брать с собой, потребуется больше 200 тысяч тон припасов. Решение - повторное использование ресурсов, так как это происходит на планете Земля.

В полной мере масштаб межзвездных расстояний перелетов можно ощутить, только если заняться рассмотрением средств осуществления таких полетов. Конечно, такое рассмотрение не имеет целью "ощутить расстояние". Не может оно рассматривается и как проектирование конкретной конструкции межзвездных кораблей. Исследование вопросов межзвездных перелетов сегодня носит инженерно-теоретический характер. Нельзя доказать невозможность осуществления межзвездных перелетов, но и никому не удалость доказать их осуществимость. Выход из ситуации не прост - надо предложить такую конструкцию межзвездных кораблей, которая была бы воспринята инженерно-научным сообществом, как реализуемая.

Полеты одиночных межзвездных кораблей, являющиеся правилом в фантастической литературе, исключаются, возможен перелет только эскадры кораблей, примерно с десяток аппаратов. Это требование безопасности, а кроме того - и обеспечение разнообразия жизни за счет общения между экипажами разных кораблей.

Поле завершения строительства эскадры она перемещается к запасенным запасам топлива, стыкуется с ними и направляется в полет. По всей видимости, разгон будет очень медленным и в течение года-двух более мобильные аппараты смогут забросить на корабли то, что позабыли, и снять с борта передумавших.

Перелет продлится 100-150 лет. Медленный разгон с ускорением примерно в сотую долю земного в течение десятка лет, десятки лет полета по инерции, и несколько более быстрое, чем разгон, торможение. Быстрый разгон существенно сократил бы время перелета, но он не возможен из-за неизбежно большой массы двигательной установки.

Перелет не будет столь насыщен космическими приключениями, как описано в фантастической литературе. Внешних угроз практически нет. Облака космической пыли, завихрения пространства, провалы во времени - вся эта атрибутика угрозы не представляет ввиду ее отсутствия. Даже тривиальные метеориты крайне редки в межзвездном пространстве. Основная внешняя проблема - галактическое космическое излучение, космические лучи. Это изотропный поток ядер элементов, имеющих большую энергию и, следовательно, высокую проникающую способность. На Земле от них нас защищает атмосфера и магнитное поле, в космосе, если полет длительный, надо принимать специальные меры, экранировать жилую зону корабля так, чтобы доза космического излучения не сильно превышала земной уровень. Здесь поможет простой конструктивный прием - запасы топлива (а они очень большие) располагаются вокруг жилых отсеков и экранируют их от радиации большую часть времени перелета.