Как долететь до Альфы Центавра — технические подробности. Сколько займет путешествие до ближайшей звезды? Можно ли долететь до альфа центавра

В какой-то момент жизни каждый из нас задавал этот вопрос: как долго лететь к звездам? Можно ли осуществить такой перелет за одну человеческую жизнь, могут ли такие полеты стать нормой повседневности? На этот сложный вопрос очень много ответов, в зависимости от того, кто спрашивает. Некоторые простые, другие сложнее. Чтобы найти исчерпывающий ответ, слишком многое нужно принять во внимание.

К сожалению, никаких реальных оценок, которые помогли бы найти такой ответ, не существует, и это расстраивает футурологов и энтузиастов межзвездных путешествий. Нравится нам это или нет, космос очень большой (и сложный), и наши технологии все еще ограничены. Но если мы когда-нибудь решимся покинуть «родное гнездышко», у нас будет несколько способов добраться до ближайшей звездной системы в нашей галактике.

Ближайшей звездой к нашей Земле является Солнце, вполне себе «средняя» звезда по схеме «главной последовательности» Герцшпрунга – Рассела. Это означает, что звезда весьма стабильна и обеспечивает достаточно солнечного света, чтобы на нашей планете развивалась жизнь. Мы знаем, что вокруг звезд рядом с нашей Солнечной системой вращаются и другие планеты, и многие из этих звезд похожи на нашу собственную.

Часть первая: современные методы

В будущем, если человечество желает покинуть Солнечную систему, у нас будет огромный выбор звезд, на которые мы могли бы отправиться, и многие из них вполне могут располагать благоприятными для жизни условиями. Но куда мы отправимся и сколько времени у нас займет дорога туда? Не забывайте, что все это всего лишь домыслы, и нет никаких ориентиров для межзвездных путешествий в настоящее время. Ну, как говорил Гагарин, поехали!

Дотянуться до звезды

Как уже отмечалось, ближайшая звезда к нашей Солнечной системе - это Проксима Центавра, и поэтому имеет большой смысл начать планирование межзвездной миссии именно с нее. Будучи частью тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксима находится в 4,24 светового года (1,3 парсека) от Земли. Альфа Центавра - это, по сути, самая яркая звезда из трех в системе, часть тесной бинарной системы в 4,37 светового года от Земли - тогда как Проксима Центавра (самая тусклая из трех) представляет собой изолированный красный карлик в 0,13 световых лет от двойной системы.

И хотя беседы о межзвездных путешествиях навевают мысли о всевозможных путешествиях «быстрее скорости света» (БСС), начиная от варп-скоростей и червоточины до подпространственных двигателей, такие теории либо в высшей степени вымышлены (вроде двигателя Алькубьерре), либо существуют лишь в научной фантастике. Любая миссия в глубокий космос растянется на поколения людей.

Итак, если начинать с одной из самых медленных форм космических путешествий, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Проксимы Центавра?

Современные методы

Вопрос оценки длительности перемещения в космосе куда проще, если в нем замешаны существующие технологии и тела в нашей Солнечной системе. К примеру, используя технологию, используемую миссией «Новых горизонтов», 16 двигателей на гидразиновом монотопливе, можно добраться до Луны всего за 8 часов и 35 минут.

Есть также миссия SMART-1 Европейского космического агентства, которая двигалась к Луне с помощью ионной тяги. С этой революционной технологией, вариант которой использовал также космический зонд Dawn, чтобы достичь Весты, миссии SMART-1 потребовался год, месяц и две недели, чтобы добраться до Луны.

От быстрого ракетного космического аппарата до экономного ионного двигателя, у нас есть парочка вариантов передвижения по местному космосу - плюс можно использовать Юпитер или Сатурн как огромную гравитационную рогатку. Тем не менее, если мы планируем выбраться чуть подальше, нам придется наращивать мощь технологий и изучать новые возможности.

Когда мы говорим о возможных методах, мы говорим о тех, что вовлекают существующие технологии, или о тех, которых пока не существуют, но которые технически осуществимы. Некоторые из них, как вы увидите, проверены временем и подтверждены, а другие пока остаются под вопросом. Вкратце, они представляют возможный, но очень затратный по времени и финансам сценарий путешествия даже к ближайшей звезде.

Ионное движение

Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства - пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.

SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.

Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к комете Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.

Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать космический аппарат до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.

Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.

На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 светового года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенность сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.

Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 светового года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.

Гравитационный маневр

Самый быстрый способ космических путешествий - это использование гравитационного маневра. Этот метод включает использование космическим аппаратом относительного движения (то есть орбиту) и гравитации планеты для изменения пути и скорости. Гравитационные маневры являются крайне полезной техникой космических полетов, особенно при использовании Земли или другой массивной планеты (вроде газового гиганта) для ускорения.

Космический аппарат Mariner 10 первым использовал этот метод, используя гравитационную тягу Венеры для разгона в сторону Меркурия в феврале 1974 года. В 1980-х зонд «Вояджер-1» использовал Сатурн и Юпитер для гравитационных маневров и разгона до 60 000 км/ч с последующим выходом в межзвездное пространство.

Миссии Helios 2, которая началась в 1976 году и должна была исследовать межпланетную среду между 0,3 а. е. и 1 а. е. от Солнца, принадлежит рекорд самой высокой скорости, развитой с помощью гравитационного маневра. На тот момент Helios 1 (запущенному в 1974 году) и Helios 2 принадлежал рекорд самого близкого подхода к Солнцу. Helios 2 был запущен обычной ракетой и выведен на сильно вытянутую орбиту.

Из-за большого эксцентриситета (0,54) 190-дневной солнечной орбиты, в перигелии Helios 2 удалось достичь максимальной скорости свыше 240 000 км/ч. Эта орбитальная скорость была развита за счет только лишь гравитационного притяжения Солнца. Технически скорость перигелия Helios 2 не была результатом гравитационного маневра, а максимальной орбитальной скоростью, но аппарат все равно удерживает рекорд самого быстрого искусственного объекта.

Если бы «Вояджер-1» двигался в направлении красного карлика Проксимы Центавра с постоянной скорость в 60 000 км/ч, ему потребовалось бы 76 000 лет (или более 2500 поколений), чтобы преодолеть это расстояние. Но если бы зонд развил рекордную скорость Helios 2 - постоянную скорость в 240 000 км/ч - ему потребовалось бы 19 000 лет (или более 600 поколений), чтобы преодолеть 4,243 светового года. Существенно лучше, хотя и близко не практично.

Электромагнитный двигатель EM Drive

Другой предложенный метод межзвездных путешествий - это радиочастотный двигатель с резонансной полостью, известный также как EM Drive. У предложенного еще в 2001 году Роджером Шойером, британским ученым, который создал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) для реализации проекта, двигателя в основе лежит идея того, что электромагнитные микроволновые полости позволяют напрямую преобразовывать электроэнергию в тягу.

Если традиционные электромагнитные двигатели предназначены для приведения в движение определенной массы (вроде ионизированных частиц), конкретно эта двигательная система не зависит от реакции массы и не испускает направленного излучения. Вообще, этот двигатель встретили с изрядной долей скепсиса во многом потому, что он нарушает закон сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным и его нельзя создать или уничтожить, а только изменить под действием силы.

Тем не менее последние эксперименты с этой технологией очевидно привели к положительным результатам. В июле 2014 года, на 50-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference в Кливленде, штат Огайо, ученые NASA, занимающиеся передовыми реактивными разработками, заявили, что успешно испытали новую конструкцию электромагнитного двигателя.

В апреле 2015 года ученые NASA Eagleworks (часть Космического центра им. Джонсона) заявили, что успешно испытали этот двигатель в вакууме, что может указывать на возможное применение в космосе. В июле того же года группа ученых из отделения космических систем Дрезденского технологического университета разработала собственную версию двигателя и наблюдала ощутимую тягу.

В 2010 году профессор Чжуан Янг из Северо-Западного политехнического университета в Сиань, Китай, начала публиковать серию статей о своих исследованиях технологии EM Drive. В 2012 году она сообщила о высокой входной мощности (2,5 кВт) и зафиксированной тяге в 720 мн. В 2014 году она также провела обширные испытания, включая замеры внутренней температуры со встроенными термопарами, которые показали, что система работает.

По расчетам на базе прототипа NASA (которому дали оценку мощности в 0,4 Н/кВт), космический аппарат на электромагнитном двигателе может осуществить поездку к Плутону менее чем за 18 месяцев. Это в шесть раз меньше, чем потребовалось зонду «Новые горизонты», который двигался на скорости 58 000 км/ч.

Звучит впечатляюще. Но даже в таком случае корабль на электромагнитных двигателях будет лететь к Проксиме Центавра 13 000 лет. Близко, но все еще недостаточно. Кроме того, пока в этой технологии не будут расставлены все точки над ё, рано говорить о ее использовании.

Ядерное тепловое и ядерное электрическое движение

Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет - использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.

Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.

По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.

Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.

И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на Марс всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.

Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.

Часть вторая: теоретические методы

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 × 107 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 миллиграммов 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.

ЛЕКЦИЯ:

"ЧЕРЕЗ СЕМЬ МИЛЛИОНОВ ЛЕТ"

Лектор Моисеев И.М.

ССО "Энергия" МВТУ им. Баумана

пос. Усть-Абакан

Уважаемые товарищи! Хочу сразу предупредить, что речь пойдет о спорных и довольно-таки отвлеченных вопросах. Многое из того, что мне хочется вам рассказать, не является насущной проблемой сегодняшнего дня. Однако, понимание задачи, о которой я буду говорить, и возможности её решения имеет серьезный мировоззренческий характер.

Нам придется оперировать очень большими, по нашим меркам, числами. Мне хочется, чтобы вы хорошо их осознали, напоминаю: миллион - это тысяча тысяч, миллиард - тысяча миллионов. Чтобы просто посчитать до тысячи понадобиться 3 часа. До миллиона - 125 суток. До миллиарда - 350 лет. Представили? Ну что же. Тогда можно начинать.

20 миллиардов лет назад возникла Вселенная.

Где-то 5-6 миллиардов лет назад вспыхнуло наше Солнце.

4 миллиарда лет назад остыл расплавленный шар, который сейчас называется планетой Земля. Примерно миллион лет назад появился Человек.

Всего несколько тысяч лет существуют государства.

Около ста лет назад было изобретено радио и, наконец, 27 лет назад началась космическая эра.

Это время. Теперь поговорим о пространственных масштабах.

Как известно, луч света проходит в секунду 300 тысяч км. Мы воспользуемся скоростью света для измерения расстояний. Для того, чтобы луч света прошел расстояние равное длине экватора, ему понадобится 1/7 секунды. Чтобы достичь Луны - немногим больше 1 секунды. Расстояние от Земли до Солнца свет проходит за 8 минут. До границы Солнечной системы лучу света придется добираться более 5 часов. А вот до ближайшей звезды - Проксимы Центавра - лучу света лететь более 4-х лет. 75 тысяч лет понадобится чтобы луч света достиг центра нашей Галактики. 40 миллиардов лет понадобится лучу света, чтобы пересечь нашу Вселенную.

Мы живем на планете Земля. Наша планета является очень малой частью Солнечной системы, в которую входит I звезда - Солнце, 9 больших планет, десятки спутников планет, миллионы комет и астероидов и множество других материальных тел, помельче. Наша солнечная система находится на периферии Галактики, громадной звездной системе, в которую входит 10 миллиардов звезд, подобных Солнцу. Таких галактик во Вселенной - тысячи

миллиардов. Это - мир, в котором мы живем. Теперь, когда мы это все представили, настало время поставить первую задачу.

Итак. Нам надо.добраться до ближайшей звездной системы - системы Альфа Центавра. В эту систему входит 3 звезды: Альфа Центавра А - звезда похожая на наше Солнце, Альфа Центавра В и Проксима Центавра - небольшие красные звезды. Весьма вероятно, что в эту систему входят и планеты. Расстояние до неё - 4,3 световых года. Если бы мы могли двигаться со скоростью света, нам бы понадобилось почти 9 лет для путешествия туда и обратно. Но мы не можем двигаться со скоростью света. В настоящее время в нашем распоряжении есть только химические ракеты, их максимальная достигнутая скорость 20 км/сек. С этой скоростью до Альфы Центавра надо лететь более 70 тысяч лет. В нашем распоряжении есть электроракетные и ядерно-тепловые двигатели. Однако, первые из-за малой тяги не могут разогнать до приличных скоростей свой собственный вес, а вторые, грубо говоря, всего вдвое лучше химических. Писатели-фантасты любят посылать своих героев к звездам на фотонных, или, более правильно, аннигиляционных ракетах. Аннигиляционыые двигатели теоретически могут разогнать ракету до скорости, очень близ ной к скорости света, всего за один год. Но для того, чтобы делать аннигиляционные двигательные установки, нужно большое количество антивещества, а как его получить - совершенно неизвестно. Кроме того, совершенно неясна конструкция такого двигателя. А нам нужен реальный двигатель. Такой, чтобы мы знали, как его сделать и могли бы начать работу по его созданию прямо сейчас. А то ведь, если мы будем ждать, пока найдут неизвестные сейчас принципы мы можем остаться у разбитого корыта. К счастью такой двигатель существует. Правда, пока только на бумаге, но если мы с вами захотим, то сможем создать его и в металле. Это импульсный термоядерный ракетный двигатель. Давайте познакомимся с ним поподробнее. В этом двигателе с большой частотой сгорают маленькие порции термоядерного горючего. При этом выделяется очень большая энергия, продукты реакции - элементарные частицы - разлетаются с большой скоростью и толкают ракету вперед. Остановимся на основных проблемах, связанных с созданием такого двигателя и на путях их решения.

Проблема номер один - проблема поджига. Надо поджечь, то есть инициировать термоядерную реакцию в маленькой, не более 10 миллиграмм весом, таблетке термоядерного топлива. Такая таблетка обычно называется мишенью. Для того, чтобы реакция шла достаточно интенсивно, температура мишени должна достигать сотен миллионов градусов. Причем, чтобы успела прореагировать большая часть мишени, этот нагрев надо осуществить за очень короткое время. /Если мы будем нагревать медленно, мишень успеет испариться, так и не сгорев./ Расчеты и эксперименты показывают, что в мишень надо вложить энергию в один миллион джоулей за время в одну миллиардную секунды. Мощность такого импульса равна мощности 200 тысяч Красноярских ГЭС. А вот потребляемая мощность будет уже не так велика - 100 тысяч киловатт, если мы будем взрывать 100 мишеней в секунду. Первый вариант решения проблемы поджига нашел известный советский физик Басов. Он предложил поджигать мишени лучом лазера, в котором действительно можно сконцентрировать требуемую мощность. В этой области ведутся интенсивные работы и в недалеком будущем будут пущены первые термоядерные электростанции, работающие на этом принципе. Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они пока мало исследованы.

Проблема номер два - проблема камеры сгорания. При сгорании наших мишеней будет образовываться большое число элементарных частиц, несущих большую энергию, и мощное электромагнитное излучение, причем все это разлетается во все стороны. А нам нужно направить как можно больше продуктов реакции в одну сторону - против движения нашей ракеты - только в этом случае ракета сможет набирать скорость. Эту проблему мы сможем решить только с помощью магнитного поля. Магнитное поле определенной силы может изменить траектории продуктов реакции и направить их в нужном направлении. Такое поле мы создать можем.

Проблема номер три - проблема радиаторов. Электромагнитное излучение не поддается управлению магнитным полем. Это излучение поглощается элементами конструкции двигателя и преобразуется в тепло, которое должно быть сброшено в космос. Сброс избыточного тепла обычно осуществляется с помощью радиаторов - больших тонких пластин, набранных из тепловых трубок - простых устройств, позволяющих передавать тепло на большие расстояния. Однако, для наших условий, масса такой системы оказывается непозволительно большой.

Выход нашелся и здесь. Предложено применять для сброса тепла потоки маленьких твердых частиц или капель жидкости, нагретых до высокой температуры. Такие устройства новы, но вполне осуществимы.

При проектировании нашего двигателя возникнет еще много проблем, но все они разрешимы, причем, что важно, разрешимы на современном уровне развития науки и техники.

Представим себе двигатель в целом. Основу его составляет камера сгорания - усеченный конус, размером в несколько десятков метров. На оси этого конуса 100 раз в секунду происходят термоядерные взрывы, силой в несколько тонн тротила каждый. Реактивная струя истекает из широкого основания конуса. Этот конус образован двумя кольцами соленоидов. Стенок нет. Внутри конуса сильное магнитное поле. На верхнем соленоиде установлена лазерная система под-жига, система подачи мишеней в камеру сгорания, система отбора электроэнергии, необходимая для питания лазерной установки. /Для этого отбирается часть энергии взрывов./ По боковым образующим конуса текут струи жидкости - это радиатор. Для обеспечения необходимой тяги нам понадобится установить на нашей ракете около 200 таких двигателей.

Двигательную установку мы сделали. Теперь поговорим о полезной нагрузке. Наш аппарат будет пилотируемым. Поэтому основной частью будет обитаемый отсек. Он может быть выполнен в форме гантели. "Гантель" будет иметь размеры в две-три сотни метров. Она будет вращаться вокруг своей поперечной оси для создания искусственной силы тяжести. Со всех сторон она будет окружена термоядерным топливом, которое защитит экипаж от космического излучения. Кроме обитаемого отсека в полезную нагрузку войдут система энергообеспечения, система связи, вспомогательные системы.

Как видите, в постройке межзвездного космического корабля нет ничего невозможного, просто много сложного. Все проблемы преодолимы. Сейчас я познакомлю вас с характеристиками корабля, полученными в результате предварительного проектирования.

Масса на старте		млн тонн
Масса двигателя		тыс тонн
Масса полезной нагрузки		тыс тонн
Максимальная скорость		скорости света
Время полета		лет
Экипаж	1000	человек

Такой корабль позволит нам долететь до системы Альфа Центавра.

Прошу обратить внимание - только долететь. Вернуться он не сможет. Легко посчитать, что при сохранении той же конструкции, для того, чтобы иметь возможность вернуться наш корабль на старте должен весить 8 миллиардов тонн. Это явно превышает наши возможности. Да и зачем возвращаться? Всю новую - и очень огромную, надо заметить - информацию мы можем передать по радио. А нам надо будет остаться в системе Альфа Центавра, высадиться на планеты и начать их освоение.

Как мы это будем делать? Есть ли такая возможность? Да, есть. Мы запускаем из Солнечной системы, скажем, сто кораблей. Сто тысяч добровольцев. Через 60 лет они, их дети и внуки прибудут в систему Альфы Центавра и выйдут на орбиту вокруг самой удобной для освоения планеты. После разведки, люди начнут переделку всей планеты, ведь вряд ли она окажется копией нашей Земли. Если она будет чересчур горячей, можно закрыть ее от звезды пылевым экраном. Если чересчур холодной - направить на нее дополнительную энергию с помощью больших и очень легких зеркал, можем мы сделать такие. Мы можем переделать и атмосферу. Например, как это предложил сделать Карл Саган /тот самый, который недавно послал письмо К.У.Черненко, в котором выражал свою обеспокоенность планами милитаризации космического пространства. Ответ Черненко публиковался тогда во всех газетах./ - он предложил забросить в атмосферу другой планеты специально подобранные микроорганизмы которые будут поглощать углекислый газ и выделять кислород. Мы, в принципе, можем так же создать искусственные механизмы, которые способны репродуцироваться /размножаться/ и быстро могут переделать атмосферу и поверхностный слой любой планеты. Все это не просто, но возможно. Когда мы мало-мальски освоимся в новой системе, мы можем сделать следующий шаг - запустить новую эскадру кораблей к новой звездной системе, с теми же целями.

И так далее. А вот теперь - самое главное. Кульминационный пункт. Действуя таким образом, мы за СЕМЬ МИЛЛИОНОВ ЛЕТ можем освоить всю нашу Галактику. Семь миллионов лет по масштабам Вселенной - ничтожно малый срок. И через семь миллионов лет, не больше, вся наша Галактика, эта огромная система с миллиардами планетных систем, станет большим домом Человечества. Ради такой цели стоит поработать. Конечно, проблем самого разного рода здесь, конечно, больше, чем решений. Но, повторяю, все их можно решить. И я не сомневаюсь - они будут разрешены.

Единственное, что может остановить Человечество на его звездном пути - ядерная война. Те же средства, которые позволяют Человечеству выйти к звездам, могут уничтожить его в самом начале пути. Конечно, мне не нужно вас агитировать за мир. Но я позволю себе напомнить вам, что сейчас активная борьба за мирное будущее Человечества - это единственное, что может спасти не только нашу жизнь, но и огромное будущее нашего Человечества.

Возможно долететь до звезды? Ну, хотя бы ближайшей?

Развитие науки и техники напоминает волну. Да, нет . Снова да, и снова нет. Но в конце все-таки да!

А можно ли долететь до звезд?

Хотя бы до ближайшей?

НЕТ НЕВОЗМОЖНО . Никогда! Необходимы миллиарды и миллиарды тонн топлива. И просто невообразимое количество топлива чтобы доставить все это на орбиту. Невозможно.

ДА ВОЗМОЖНО . Необходимо всего на всего 17 грамм антивещества.

НЕТ НЕВОЗМОЖНО . 17 грамм антивещества стоят 170 триллионов долларов!

ДА ВОЗМОЖНО . Цена на антивещество все время падает. В 2006 году по данным НАСА 1 грамм стоит уже 25 миллиардов долларов.

НЕТ НЕВОЗМОЖНО . Даже если произвести 100 грамм антивещества и научиться хранить его годами а не 1000 секунд как сейчас. Все равно. 17 грамм антивещества это примерно 22 атомные бомбы которые сбросили на Хиросиму. Никто не позволит так рисковать при запуске. Ведь ловушка для антивещества какой бы надежной она не была сама по себе при ее разрушении антивещество вступит во взаимодействие с веществом. И трагедии не избежать.

ДА ВОЗМОЖНО. В НАСА, правда в самом «сумасшедшем» институте, заказали сборщика антиматерииhttp://www.membrana.ru/particle/2946 . Ведь антиматерия есть в Солнечной вселенной. А расчетные двигатели способны достигать скорости в 70% от скорости светаhttp://ria.ru/science/20120515/649749893.html. Так что полет к звездам потихоньку переходит из рук фундаментальной науки в руки науки прикладной.

Я хочу подчеркнуть один неучтенный момент. Многие говорят, как долететь? Какое нужно топливо, чтобы за определённое время долететь до звезды? (к примеру, до α - Центавра, расстояние составляет приблизительно 4,365 световых лет).

Я постараюсь ответить на эти вопросы со своей точки зрения. Как долететь? Я могу сказать, самый подходящий в данный момент звёздный корабль - это наша планета Земля. На Земле есть всё, что нужно человеку и окружающему миру выжить в звёздной экспедиции. Какое нужно топливо, чтобы за определённое время долететь до звезды?

Мой ответ будет звучать так. Топливом к звёздному кораблю будет солнечная энергия и тепло. Солнце - это самый мощный и долговечный источник энергии в данный момент времени. Пока Солнце горит и обеспечивает тёплыми лучами нашу Землю, наш звёздный корабль продолжает бороздить космические просторы во главе с Солнцем.

Я произвёл приблизительные расчёты нашей космической экспедиции. Сколько мы пролетим на нашем звёздном корабле до окончания солнечного топлива. Приблизительно Солнцу осталось гореть 4,57 млрд. лет. За это время мы пролетим на Земле приблизительно 18 витков вокруг центра нашей галактики «Млечный Путь». Расстояние пройденного пути вокруг центра галактик с учётом времени жизни Солнца и скорости вращение Солнца вокруг центра галактики, приблизительно равняется 220 км/с. Наш путь звёздной экспедиции составит 3,17·10^19 км = 3,3514·10^6 световых лет. За время нашей космической экспедиции звездный корабль (планета Земля) достиг бы близкую к нам галактику М31 (туманность Андромеды). Мы и наша Земля каждый день пролетаем 19 008 000 км. Мы всю свою жизнь путешествуем по космическим просторам на нашем корабле по имени Земля…

Спасибо!!!

Не получится. Межзвёздные расстояния, как были, так и будут при том, что мы как бы уже и в галактике Андромеды будем. Ведь они слабо поменяются в той составляющей Галактики, в которой мы сейчас и живём. Но самое важно здесь, то, что через 4,5 миллиарда лет мы, надеюсь, будем уже летать на выходные полюбоваться на квазары. И нам это в приницпе уже не будет нужно

Николай! Твой ответ по сути совпадает с предложением Folko. Сидим на Земле и путешествуем по Галактике вместе с ней. Однако, по моему, этот вариант несколько опрометчивый. Во-первых, двигаясь вместе с Солнцем по Галактике, мы не имеем больших шансов сблизиться с другими звездами. Это означает, что мы не сможем их изучать вблизи. Если же такой шанс выпадет, то нам придется совсем туго. Свой дом лучше держать подальше от других звезд.

В связи с этим как раз и становится ясно, что сидеть дома, так сказать, "закрепиться получше" у себя в Солнечной системе, стратегия не из лучших. Мало что может произойти с нашей Землей. Так что лучше заранее побеспокоиться о том, чтобы подыскать себе новое место жизни, на всякий случай. Я, конечно, понимаю астрономов, что лучше сидеть себе рядом с телескопом и строить модели на основе очень косвенных данных. Однако такой путь, мягко скажем, мало информативен. Лучше уж получать сведения о других объектах вне Солнечной системы непосредственно на месте. Уверен, что "чудес" можно будет насмотреться таких, что с Земли никогда не увидешь. Именно в этом плане в первую очередь подозрительны экспедиции американцев на Луну. Ничего нового они практически не открыли. Это и заставляет сомневаться.

Виктор Михайлович, на самом деле я имел в виду немного другое. Я считаю, что сначала нужно освоиться в пределах Солнечной системы. Параллельно с этим, я думаю человечество дойдёт до физических и, затем, технических идей, который помогут нам реализовать пересечение межзвёздных расстояний в разумных временных пределах. Т.е. я считаю, всему своё время.

А насчёт плана запасной палнеты для жизни есть и Марс и Венера и спутники планет гагантов, Меркурий тоже подойдёт.

Сережа! На счет всему свое время - это несколько не о том. Пока мы не изобрели способ путешествия в пространстве или как-то еще со скоростями, близкими или большими скорости света, то мы и обживаем, как можем, Солнечную систему. Но как только появится способ слетать к звездам, хотя бы ближайшим, то тут же найдутся энтузиасты это сделать. Так что "Ждем-с до первой звезды..." Николай же предлагает лететь по инерции на самой Земле. Тут мы с тобой в согласии. Так мы ни к чему не прилетим, а если прилетим, то лучше бы не прилетали.

Что же касается Марса, Венеры или Меркурия, то я не понял. Жить там мы не сможем, даже на Марсе. Марс надо еще суметь превратить в обитаемую планету. А про Венеру и Меркурий - тут совсем плохо. Если мы научимся терроформировать планеты, то думаю сумеем уже летать и к другим звездам. Эти задачи, как сейчас представляется, имеют сложность сравнимую.

Лететь до какой-нибудь звезды 5 лет, а на земле тем временем пройдёт лет 50-100. Времена, когда люди были готовы как Быков из эпопеи Стругацких пойти на такое, прошли (наверное). А вот лететь так, чтобы успеть туда, но потом вернуться в привычный мир это легче. Тем более лететь надо туда, где есть планеты желательно в зелёной зоне и желательно каменные, хорошо бы с кислородной атмосферой. И не факт, что такие есть в радиусе 30 пк. Просто смысла лететь только ради того, чтобы просто долететь мало. Научных результатов от этого добьёшься мало, всё что миссия там узнает про звезду через то время, за которое туда летит миссия и оттуда идёт сигнал, эти данные устареют.

Насчёт Меркурия там можно жить в полярных областях, там довольно много зон где есть вода и относительно низкая температура. Венера это аэростаты или что-то похожее. Марс - строительство в полярных зонах купольных городов, почему бы и нет? Я считаю, что технологии строительства крытых крупных жилых объектов за ближайшее 50-100 лет достигнет такого уровня, когда можно будет такое себе позволить.

Сережа! Я понимаю, что ты рассуждаешь в рамках известной на сегодня физики. Если полагаться на СТО, то так оно и будет, как ты говоришь. Лететь 5 лет в собственном времени - это будет десятки и сотни лет в системе Земля в зависимости от близости к скорости света. Однако, СТО скорее всего не является общей теорией. Если есть дополнительные измерения, то скорость света будет иметь статус типа скорости звука в гидродинамике. Поэтому думаю надо смотреть на задачу более широко, тем более, что свидетельства наличия дополнительные измерений, хотя и не получены напрямую пока, но становятся все более важным аспектом всех исследований в физике. Надо поработать в этом направлении.

Если удасться преодолеть порог скорости света, то следующее ограничение на скорость может быть далеко за его пределом. А это означает, что возможно добираться до ближайших звезд за часы и минуты. А это уже другая ситуация. А пока, конечно, мы ограничены в построении моделей полета к ближайшим звездам.

Что же касается Меркурия, то там человечество в целом не проживет. И воды мало, и пространство очень ограничено, и кроме температуры еще и радиация гигантская. В серных облаках Венеры тоже жить можно, если только откуда-то получать все необходимое. Но если Земли нет, то получать это будет неоткуда. То же самое с Марсом. Три проблемы везде, кроме Земли (пока!), - кислород, вода, радиация.

Тем более интересно построить корабль с двигателем на антивеществе. Поскольку расчетные характеристики не мешают создать двигатель с скоростью 70% от скорости света и на этой скорости можно изучать парадоксы времени и пространства на практике. Но хватит ли 70% для проявления глубинных законов физики?

Тем более интересно построить корабль с двигателем на антивеществе.

Нет такого двигателя даже в проекте. Но даже если и был, то как его испытывать, если нет горючего. А домыслы некоторых физиков, что антивещество можно получать граммами - просто домыслы. Ни одна проблема, собственно, не решена технически относительно его создания, удержания и использования.

Я напомню, что гораздо более простая проблема создания атомной энергетики до сих требует колоссальных затрат. Ядерный ракетный двигатель создан, но в виде стенда и ни разу не летал. Более трудная, чем атомные установки, но все же горазло более легкая задача удержания обычной высокотемпературной плазмы, чем задача удержания антивещества, не решена. К этому добавляется целый букет нерешенных проблем, связанных с осуществлением движения со скоростью, близкой к скорости света в пространстве, заполненном разными частицами и пылью. Так что строительство такого корабля - это проект безнадежный. Проблему надо решать кардинально другим способом.

Нашла информацию о том что в Сколково приняли заявку на "вечный двигатель". Ну ладно бы назвали ее " Установкой получения энергии вакуума". Так нет же - «вечный двигатель». http://lenta.ru/news/2012/10/22/inf/ Так что действительно не все что говорят отдельные физики есть научнообоснованная информация.

Сама по себе идея нанокораблей интересна. Но тут непреодолимая проблема с двигателями. Например, ракета стартующая с орбиты Земли к Марсу на химическом топливе, даже без полезной нагрузки, не может быть маленькой. И другие двигатели также не подходят. По габаритам. Весь смысл теряется. Антивещество единственный претендент в данном случае.

Если выстроить цепочку сборщик антивещества - его хранилище - нанокосмические корабли то исследование Ближнего Космоса шло бы другими темпами. Но видимо это только интересная идея.

Эти парадоксы можно изучать на наземных ускорителях, в том числе на БАК, на скоростях 0.999999 скорости света. В данной теме речь идёт о целесообразности космических перелётов на таких скоростях . Как уже сказал Folko, важной проблемой будет передача полученной исследовательской информации на Землю . Для нанокорабля с его наноантенной и наноэнергиями передача по радио вряд-ли будет эффективной. Другой способ - посылать на Землю капсулу с информацией со скоростью 0,7 скорости света, но это будет ещё дольше.

Sol пишет:

изучать... на скоростях 0.999999 скорости света.

Разумной и оптимистичной кажется другая точка зрения:

zhvictorm пишет :

Пока мы не изобрели способ путешествия в пространстве или как-то еще со скоростями... большими скорости света. Но как только появится способ слетать к звездам...

Иван пишет:

Если земной цивилизации доступны только такие скорости, или тем более 70% от скорости света, то действительно можно только рассуждать о целесообразности космических перелётов.

Да. Точнее, в такой ситуации они вообще нецелесообразны (на большие расстояния). Нужно искать новые физические идеи , объясняющие устройство пространства-времени на более глубоком уровне, а значит и возможности обойти ограничение, связанное со скоростью света.

А вообще, идея космических нанокораблей - интересна!

Для изучения и возможного заселения пространства вокруг ближайшей звезды как скорость 70% от скорости света так и использование природного ресурса в виде топлива не помешает.

Помешать-то не помешают, но где их взять? Мы пока не только 70% скорости света не знаем, как достичь, но и активную навигацию в Солнечной системе не знаем, как осуществлять со скоростями 10-20 км/с.

Это как раз и касается топлива. Антивещество - это пока чистая фантазия, особенно стоимости этого вещества, выраженные в долларах. То, что сейчас умеют - это может несколько сот атомов антигелия и все. При этом они существуют очень малые доли секунды. Так что все пока фантазия. Думаю, что до звезд придется добираться совсем другими способами, о которых мы пока ничего не знаем.

Конечно, проекты пока похожи скорее на уровень даже не К.Э. Циолковского, а Н.И. Кибальчича. Однако я не вижу принципиальных, фундаментальных препятствий для дальнейшей работы по данному направлению. Кроме того я говорю о том что из ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ науки антивещество плавно переходит к ПРИКЛАДНОЙ. И, учитывая себестоимость современной экспериментальной физики, чем больше ПРАКТИЧЕСКИХ приложений будет у антивещества тем лучше для изучения космоса. Цифра 70% от скорости света конечно расчетная. Но сами расчеты основаны на современном уровне знаний.

Что касается мыслей Прокофьева Е.П. то особенно интересными и перспективными выглядят его предложения о соединении нанотехнологий и технологий антивещества. Создание нанокораблей с двигателями на антивеществе. Тогда, уже нынешнего количества антивещества будет достаточно быстро слетать к Урану. Учитывая что он член Нанообщества то наверняка знает о чем говорит.

Folko пишет:

а зачем нам полёт к звёздам? Мне кажется гораздо важнее закрепиться здесь в "плену" у Солнца.

Это вопрос умудрённого жизнью человека, здравомыслящего и рационального. Ты считаешь, что основатель МГУ безнадёжно устарел?

«Открылась бездна Звёзд полна! Звёздам числа нет, бездне дна!» М.В. Ломоносов.

Конечно, Москва предоставляет серьёзные перспективы, но есть такой провинциальный посёлок Вешкайма в Ульяновской области . В этом замечательном месте жил мечтательный паренёк, который сделал самодельный телескоп и наблюдал с душевным трепетом за далёкими звёздами. Ночные астрономические наблюдения пытались запретить учителя и родители, не понимали одноклассники, но все чувствовали необыкновеную целеустремлённость этого паренька и... гордились, рассказывая, что рядом с ними живёт такой "чудак".

К знаменитому композитору пришёл начинающий музыкант со словами: "Я хочу научиться играть, как Вы". Маэстро удивлённо: "Всего лишь как я? В твои годы я мечтал создать божественную музыку и играть, как Бог... и достиг так мало. Что же получится из тебя, если ты ставишь перед собой такую приземлённую цель?"

> > Сколько займет путешествие до ближайшей звезды?

Узнайте, как долго лететь к ближайшей звезде : самая близкая звезда к Земле после Солнца, расстояние к Проксима Центавра, описание запусков, новые технологии.

Современное человечество тратит усилия на освоения родной Солнечной системы. Но сможем ли мы отправиться на разведку к соседней звезде? И сколько времени займет путешествие до ближайшей звезды ? На это можно ответить очень просто или же углубиться в область научной фантастики.

Если говорить с позиции сегодняшних технологий, то реальные цифры отпугнут энтузиастов и мечтателей. Давайте не будем забывать, что космические дистанции невероятно огромные, а наши ресурсы все еще ограничены.

Ближайшая звезда к планете Земля – . Это средний представитель главной последовательности. Но вокруг нас сосредоточено множество соседей, так что уже сейчас можно создать целую карту маршрутов. Вот только, как долго туда добираться?

Какая звезда является ближайшей

Ближе всего к Земле расположена звезда Проксима Центавра, так что пока следует строить свои расчеты на основе ее характеристик. Входит в состав тройной системы Альфа Центавра и отдалена от нас на расстояние 4.24 световых лет. Это изолированный красный карлик, расположенный в 0.13 световых лет от двойной звезды.

Как только всплывает тема межзвездных путешествий, все тут же вспоминают о скорости деформации и прыжках в червоточины. Но все они либо пока недостижимы, либо абсолютно невозможны. К сожалению, на любую дальнюю миссию уйдет не одно поколение. Начнем разбор с самых медленных способов.

Сколько займет путешествие до ближайшей звезды сегодня

Легко делать расчет на основе уже имеющейся техники и пределах нашей системы. Например, миссия «Новые Горизонты» использовала 16 двигателей, функционирующих на гидразиновом монотопливе. Чтобы добраться до , потребовалось 8 часов 35 минут. А вот миссия SMART-1 основывалась на ионных двигателях и добиралась к земному спутнику 13 месяцев и две недели.

Значит, у нас есть несколько вариантов транспортного средства. К тому же можно использовать или в качестве гигантской гравитационной рогатки. Но если мы планируем отправиться так далеко, нужно проверить все возможные варианты.

Сейчас мы говорим не только о существующих технологиях, но и о тех, которые в теории можно создать. Некоторые из них уже проверены на миссиях, а другие пока только оформлены в виде чертежей.

Ионная сила

Это наиболее медленный способ, зато экономичный. Еще несколько десятков лет назад ионный двигатель считался фантастическим. Но сейчас его используют во многих аппаратах. Например, миссия SMART-1 с его помощью добралась к Луне. В этом случае использовался вариант с солнечными батареями. Таким образом, он потратил всего 82 кг ксенонового топлива. Здесь мы выигрываем по эффективности, но точно не в скоростях.

Впервые ионным двигателем воспользовались для Deep Space 1, летевшего к (1998 год). Аппарат использовал тот же тип двигателя, что и SMART-1, потратив всего 81.5 кг пропеллента. За 20 месяцев путешествия ему удалось разогнаться до 56000 км/ч.

Ионный тип считается намного экономичным, чем ракетные технологии, потому что тяга на единицу массы взрывчатого вещества намного выше. Но на ускорение уходит много времени. Если бы их планировали использовать для поездки от Земли к Проксима Центавра, то понадобилось бы очень много ракетного топлива. Хотя можно взять за основу предыдущие показатели. Итак, если аппарат будет двигаться на скорости в 56000 км/ч, то дистанцию в 4.24 световых года он преодолеет за 2700 человеческих поколений. Так что вряд ли его используют для пилотируемой полетной миссии.

Конечно, если заправить его огромным количеством топлива, то можно увеличить скорость. Но время прибытия все равно займет стандартную человеческую жизнь.

Помощь от гравитации

Это популярный метод, так как позволяет использовать орбиту и планетарную гравитацию, чтобы изменить маршрут и скорость. Им часто пользуются для путешествий к газовым гигантам, чтобы увеличить скорость. Впервые это попробовал Маринер-10. Он полагался на гравитацию Венеры, чтобы достичь (февраль 1974 год). В 80-е Вояджер-1 использовал спутники Сатурна и Юпитера, чтобы разогнаться до 60000 км/ч и перейти в межзвездное пространство.

Но рекордсменом по скорости, добытой при помощи силы тяжести, стала миссия Гелиос-2, отправившаяся на изучение межпланетной среды в 1976 году.

Из-за большого эксцентриситета 190-дневной орбиты, аппарат смог разогнаться до 240000 км/ч. Для этого использовалась исключительно солнечная гравитация.

Что ж, если мы отправим Вояджер-1 на скорости в 60000 км/ч, то придется ждать 76000 лет. У Гелиос-2 на это ушло бы 19000 лет. Это быстрее, но недостаточно.

Электромагнитный привод

Есть еще один способ – радиочастотный резонансный двигатель (EmDrive), предложенный Роджером Шавиром в 2001 году. Он базируется на том, что электромагнитные микроволновые резонаторы могут позволить преобразить электрическую энергию в тягу.

Если обычные электромагнитные двигатели предназначены для движений конкретного типа массы, то этот не использует реакционную массу и не вырабатывает направленного излучения. Этот вид был встречен с огромной долей скептицизма, потому что нарушает закон сохранения импульса: система импульса внутри системы остается постоянной и изменяется только под действием силы.

Но недавние эксперименты потихоньку переманивают к себе сторонников. В апреле 2015 года исследователи заявили, что успешно протестировали диск в вакууме (значит, может функционировать в космосе). В июле они уже построили свою версию двигателя и выявили заметную тягу.

В 2010 году за серию статей принялась Хуан Ян. Она закончила финальной работой в 2012 году, где сообщила о более высокой входной мощности (2.5 кВт) и испытанных условиях тяги (720 мН). В 2014 году она также добавила некие подробности об использовании внутренних температурных изменений, подтвердивших работоспособность системы.

Если верить расчетам, аппарат с таким двигателем, может долететь к Плутону за 18 месяцев. Это важные результаты, ведь отображают 1/6 времени, которое потратил Новые Горизонты. Звучит неплохо, но даже в этом случае для путешествия к Проксима Центавра придется потратить 13000 лет. Тем более, что у нас все еще нет 100% уверенности в ее эффективности, поэтому нет смысла садиться за разработку.

Ядерное тепловое и электрооборудование

Вот уже несколько десятков лет НАСА исследует ядерные двигатели. В реакторах используют уран или дейтерий, чтобы нагреть жидкий водород, трансформируя его в ионизированный водородный газ (плазма). Затем его отправляют через сопло ракеты для формирования тяги.

Ракетно-ядерная электростанция вмещает тот же исходный реактор, который трансформирует тепло и энергию в электрическую энергию. В обоих случаях ракета рассчитывает на ядерное расщепление или слияние, чтобы генерировать двигательные установки.

Если сравнивать с химическими двигателями, то получаем ряд преимуществ. Начнем с неограниченной плотности энергии. Кроме того, гарантируется более высокая тяга. Это снизило бы уровень потребления топлива, а значит, уменьшило бы массу запуска и стоимость миссий.

Пока не было еще ни одного запущенного ядерно-теплового двигателя. Но существует множество концепций. Они начинаются с традиционных твердых конструкций до основанных на жидком или газовом ядре. Несмотря на все эти преимущества, наиболее сложная концепция достигает максимального удельного импульса в 5000 секунд. Если использовать подобный двигатель для поездки на , когда планета находится в 55000000 км (позиция «противостояния»), то на это уйдет 90 дней.

Но, если мы направим его к Проксима Центавра, то понадобятся столетия для разгона, чтобы перешел на скорость света. После этого ушло бы несколько десятков лет на поездку и еще столетия на замедление. В целом, срок сокращается до тысячи лет. Прекрасно для межпланетных поездок, но все еще не годится для межзвездных.

В теории

Наверное, вы уже поняли, что современные технологии довольно медленные для преодоления таких длинных дистанций. Если мы хотим выполнить подобное за одно поколение, то нужно придумать нечто прорывное. И если червоточины все еще пылятся на страничках фантастических книг, то мы располагаем несколькими реальными идеями.

Ядерное импульсное движение

Этой идеей занимался Станислав Улам еще в 1946 году. Проект стартовал в 1958 году и продолжался до 1963 года под названием Орион.

В Орионе планировали использовать мощь импульсивных ядерных взрывов для создания сильного толчка с высоким удельным импульсом. То есть, мы имеет крупный космический корабль с огромнейшим запасом термоядерных боеголовок. Во время сбрасывания, мы используем детонационную волну на задней площадке («толкатель»). После каждого взрыва подушка толкателя поглощает силу и переводит тягу в импульс.

Естественно, в современном мире метод лишен изящества, но зато гарантирует необходимый импульс. По предварительным оценкам, в таком случае можно достичь 5% от скорости света (5.4 х 10 7 км/ч). Но конструкция страдает от недостатков. Начнем с того, что такой корабль обойдется очень дорого, да и весил бы он 400000-4000000 тонн. Причем ¾ веса представлено ядерными бомбами (каждая из них достигает 1 метрической тонны).

Общая стоимость запуска выросла бы на те времена до 367 миллиардов долларов (на сегодняшние – 2.5 триллионов долларов). Есть также и проблема с создаваемым излучением и ядерными отходами. Полагают, что именно из-за этого проект остановили в 1963 году.

Ядерное слияние

Здесь используют термоядерные реакции, за счет которых создается тяга. Энергия производится, когда гранулы дейтерия/гелия-3 зажигаются в реакционном отсеке через инерционное удержание с использованием электронных лучей. Такой реактор будет детонировать 250 гранул в секунду, создавая высокоэнергетическую плазму.

В такой разработке экономится топливо и создается особый импульс. Достижимая скорость – 10600 км (значительно быстрее стандартных ракет). В последнее время этой технологией интересуется все больше людей.

В 1973-1978 гг. Британское межпланетное общество создало технико-экономическое исследование – проект Дедал. Он основывался на современных знаниях технологии слияния и наличия двухступенчатого беспилотного зонда, который смог бы добраться к звезде Барнарда (5.9 световых лет) за одну жизнь.

Первый этап проработает 2.05 лет и разгонит корабль до 7.1% скорости света. Потом его сбросят и запустится двигатель, увеличив скорость до 12% за 1.8 лет. После этого двигатель второй ступени остановится и судно будет добираться 46 лет.

В целом, к звезде корабль доберется за 50 лет. Если направить его к Проксима Центавра, то время сократится до 36 лет. Но и эта технология столкнулась с препятствиями. Начнем с того, что гелий-3 придется добывать на Луне. А реакция, которая активирует движение космического корабля, требует, чтобы выделяемая энергия превышала энергию, которую используют для запуска. И хотя тестирование прошло хорошо, у нас все еще нет необходимого вида энергии, который смог бы подпитать межзвездный космический корабль.

Ну и не будем забывать о деньгах. Один запуск ракеты весом в 30 мегатонн обходится НАСА в 5 миллиардов долларов. Так вот проект Дедал весил бы 60000 мегатонн. Кроме того, понадобится новый вид термоядерного реактора, которые также не вписывается в бюджет.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Эту идею предложил Роберт Буссард в 1960 году. Можно считать это улучшенной формой ядерного слияния. В нем используют магнитные поля для сжатия водородного топлива до момента активации слияния. Но здесь создается огромная электромагнитная воронка, которая «вырывает» водород из межзвездной среды и сбрасывает в реактор как топливо.

Корабль будет набирать скорость, и заставит сжатое магнитное поле достигнуть процесса термоядерного синтеза. После оно перенаправит энергию в виде выхлопных газов через форсунку двигателя и ускорит движение. Без использования другого топлива можно достичь 4% от скорости света и отправляться в любую точку галактики.

Но у этой схемы огромная куча недостатков. Сразу же возникает проблема сопротивления. Кораблю необходимо увеличивать скорость, чтобы накопить топливо. Но он сталкивается с огромным количеством водорода, поэтому может замедлиться, особенно попав в плотные регионы. К тому же в космосе очень сложно найти дейтерий и тритий. Зато эту концепцию часто используют в фантастике. Наиболее популярный пример – «Звездный Путь».

Лазерный парус

В целях экономии уже очень давно применяют солнечные паруса для передвижений аппаратов по Солнечной системе. Они легкие и дешевые, к тому же не требуют топлива. Парус использует радиационное давление от звезд.

Но, чтобы использовать подобную конструкцию для межзвездной поездки, необходимо управлять им сфокусированными энергетическими лучами (лазеры и микроволны). Только так его можно разогнать к отметке близкой к скорости света. Эту концепцию разработал Роберт Форд в 1984 году.

Суть в том, что все преимущества солнечного паруса сохраняются. И хотя лазеру потребуется время на ускорение, но ограничение состоит лишь в скорости света. Исследование 2000-го года показало, что лазерный парус может разгоняться до половины скорости света и тратит на это меньше 10 лет. Если размер паруса будет 320 км, то он доберется до точки назначения за 12 лет. А если увеличить его до 954 км, то за 9 лет.

Но для его производства необходимо использовать передовые композиты, чтобы избежать плавления. Не забывайте, что он должен достигать огромных размеров, поэтому цена будет большой. К тому же придется потратиться на создание мощного лазера, который смог бы обеспечить управление на таких больших скоростях. Лазер потребляет постоянный ток в 17000 теравватт. Чтобы вы понимали, это то количество энергии, которое за один день потребляет вся планета.

Антиматерия

Это материал, представленный античастицами, которые достигают той же массы, что и обычные, но обладают противоположным зарядом. Такой механизм будет использовать взаимодействие между материей и антиматерией, чтобы сгенерировать энергию и создать тягу.

В общем, в таком двигателе задействованы частицы водорода и антиводорода. Причем в подобной реакции освобождается столько же энергии, как и в термоядерной бомбе, а также волна субатомных частиц, перемещающихся на 1/3 скорости света.

Плюс этой технологии в том, что большая часть массы преобразуется в энергию, что позволит создать более высокую плотность энергии и удельный импульс. В итоге, мы получим наиболее быстрый и экономичный космический корабль. Если у обычной ракеты уходит тонны химического топлива, то двигатель с антивеществом расходует на те же действия всего несколько миллиграммов. Такая технологии станет прекрасным вариантом для поездки на Марс, но ее нельзя применить к другой звезде, потому что количество топлива растет в геометрической прогрессии (вместе с затратами).

Для двухступенчатой ракеты с антивеществом потребуется 900000 тонн топлива для 40-летнего полета. Сложность в том, что для добычи 1 грамма антивещества понадобится 25 миллионов миллиардов киловатт-часов энергии и более триллиона долларов. Сейчас мы располагаем лишь 20 нанограммами. Зато такое судно способно разгоняться до половины скорости света и долететь до звезды Проксима Центавра в созвездии Центавра за 8 лет. Но весит оно 400 Мт и тратит 170 тонн антиматерии.

В качестве решения проблемы предложили разработку «Вакуум антиматериальной ракетной межзвездной исследовательской системы». Здесь можно было бы использовать крупные лазеры, создающие частицы антивещества при выстреле в пустом пространстве.

Идея также основана на использовании топлива из пространства. Но снова возникает момент дороговизны. К тому же, человечество просто не может создать такое количество антиматерии. Есть также риск радиации, ведь аннигиляция вещества-антивещества может создать взрывы высокоэнергетических гамма-лучей. Потребуется не только защитить экипаж специальными экранами, но и оборудовать двигатели. Поэтому средство уступает по практичности.

Пузырь Алькубьерре

В 1994 году ее предложил мексиканский физик Мигель Алькубьерре. Он хотел создать средство, которое не нарушало бы специальную теорию относительности. Он предлагает растягивание ткани пространства-времени в волне. Теоретически это приведет к тому, что дистанция впереди объекта сократится, а сзади расширится.

Корабль, попавший внутрь волны, сможет передвигаться за пределами релятивистких скоростей. Сам корабль в «пузыре деформации» двигаться не будет, поэтому правила пространства-времени не применимы.

Если говорить о скорости, то это «быстрее света», но в том смысле, что корабль достигнет назначения быстрее, чем луч света, вышедший за пределы пузыря. Расчеты показывают, что он прибудет к месту назначения за 4 года. Если размышлять в теории, то это наиболее быстрый метод.

Но эта схема не учитывает квантовую механику и технически аннулируется Теорией всего. Расчеты количества необходимой энергии также показывали, что потребуется чрезвычайно огромная мощность. И это мы еще не коснулись тем безопасности.

Однако, в 2012 году были разговоры о том, что этот метод тестируется. Ученые утверждали, что построили интерферометр, который сможет найти искажения в пространстве. В 2013 году в Лаборатории реактивного движения проводили эксперимент в условиях вакуума. В выводе результаты показались неубедительными. Если углубиться, то можно понять, что эта схема нарушает один или несколько фундаментальных законов природы.

Что же из этого следует? Если вы надеялись совершить вояж на звезду туда и обратно, то шансы невероятно низкие. Но, если бы человечество решилось построить космический ковчег и отправить людей в вековое путешествие, то все возможно. Конечно, пока это лишь разговоры. Но ученые занимались бы подобными технологиями активнее, если бы нашей планете или системе угрожала реальная опасность. Тогда поездка на другую звезду была бы вопросом выживания.

Пока мы можем лишь бороздить и осваивать просторы родной системы, надеясь, что в будущем появится новый способ, позволивший реализовать межзвездные транзиты.