Мрія подорожувати до іншої зірки і посіяти зерно людства на далекій планеті... Без перебільшення можна сказати, що вона протягом століть полонила уяву людей. З народженням сучасної астрономії і ст Космічна ера , навіть висувалися наукові пропозиції, як це можна зробити. Але, звичайно, життя в релятивістському Всесвіті ставить перед собою багато проблем, для яких немає простих рішень.
Серед цих проблем одна з найбільших пов’язана з величезною кількістю енергії, необхідної для того, щоб доставити людей до іншої зірки протягом їхнього життя. Тому деякі прихильники міжзоряних подорожей рекомендують надсилати космічні кораблі, які по суті є мініатюрними світами, які можуть вміщувати мандрівників протягом століть або довше. Ці «кораблі покоління» (він же кораблі світу або Міжзоряні ковчеги) є космічними кораблями, створеними длясправдідовгий шлях.
Логіка корабля покоління проста: якщо ви не можете подорожувати досить швидко, щоб дістатися до іншої зоряної системи протягом одного життя, побудуйте судно, достатньо велике, щоб перевозити все, що вам може знадобитися для тривалої подорожі. Це означало б переконатися, що корабель має надійну двигунову систему, яка може забезпечити стійку тягу під час прискорення та уповільнення, а також необхідні зручності для кількох поколінь людей.
Крім усього цього, корабель повинен бути в змозі забезпечити його екіпажу їжею, водою і повітрям для дихання — достатньо, щоб прослужити століття або навіть тисячоліття. Швидше за все, це означало б створення закритого системного мікроклімату всередині корабля з кругообігом води, кругообігом вуглецю та циклом азоту. Це дозволить вирощувати їжу, а воду та повітря постійно переробляти.
Досягнення найближчих зірок
Найближча зірка до нашої Сонячної системи - це Проксима Центавра, зірка головної послідовності типу М (червоний карлик), розташована приблизно на відстані 4,24 світлових років. Ця зірка є частиною потрійної зоряної системи, яка включає систему Альфа Центавра, подвійну, що складається з зірки головної послідовності, схожої на Сонце (жовтий карлик G-типу) та зірки K-типу (помаранчевий карлик) головної послідовності.
Окрім того, що Проксіма Центавра є найближчою зоряною системою до нашої, також є домом для найближчої до Землі екзопланети – Далі б . Ця земна (він же скеляста) планета, про відкриття якої було оголошено в 2016 році Європейською південною обсерваторією (ESO), приблизно такого ж розміру, як Земля (1,3 маси Землі) і орбіти в межах навколосонячна зона проживання своєї зірки.
Наступною найближчою екзопланетою, яка обертається в межах HZ своєї зірки, є Росс 128 b, екзопланета розміром із Землю, яка обертається навколо зірки червоного карлика на відстані приблизно 11 світлових років. Наступна найближча зоря, схожа на Сонце, — Тау Киті, яка знаходиться на відстані трохи менше 12 світлових років і має одного потенційно придатного для життя кандидата (Tau Ceti e). Насправді є 16 екзопланет в межах 50 світлових років від Землі, які могли б підтримувати життя.
Враження художника про Проксіму b, що обертається навколо зірки червоного карлика Проксими Центавра, найближчої зірки до Сонячної системи. Авторство: ESO/M. Корнмессер
Але, як ми досліджували в попередній статті, подорож до навіть найближча зірка це займе дуже багато часу і потребує величезної кількості енергії. Використовуючи звичайні засоби руху, це може зайняти від 19 000 до 81 000 років, щоб туди дістатися. Використовуючи запропоновані методи, які були випробувані, але ще не створені (наприклад ядерні ракети ), час подорожі звужується до приблизно 1000 років.
Існують запропоновані методи, які здатні досягати найближчих зірок протягом одного життя, наприклад рух спрямованої енергії, наприклад Прорив Starshot . Для цієї концепції легке вітрило та космічний корабель у масштабі Грама можна було б прискорити до 20% швидкості світла (0,2c), таким чином здійснивши подорож до Альфа Центавра всього за 20 років. Однак Starshot та подібні пропозиції – це неекіпажні концепції.
Крім цього, єдині можливі методи відправки людей в іншу зоряну систему є або технічно здійсненними (але нерозробленими), або повністю теоретичними (наприклад, Варп Драйв Алькуб'єра ). Маючи це на увазі, багато вчених підготували пропозиції, які б відмовилися від швидкості і замість цього зосередилися на розміщенні екіпажів під час довгого рейсу.
Приклади в художній літературі
Найдавніший зафіксований приклад, здається, зробив інженер і письменник-фантаст Джон Манро у своєму романі Подорож на Венеру (1897). У ньому він згадує, як одного дня людство може стати міжзоряним видом:
«З кораблем, достатньо великим, щоб умістити найнеобхідніше, вибрана група дам і джентльменів могла б відправитися на Чумацький Шлях, і якщо все піде правильно, їхні нащадки прибудуть туди протягом кількох мільйонів років. ”
Вид зсередини масивного циліндричного космічного корабля. Авторство: Дон Девіс/НАСА
Більш детально ця концепція була розглянута в науково-фантастичному романі 1933 року Коли зіткнеться світ , співавторами якого були Філіп Вайлі та Едвін Балмер. У цій історії Землю ось-ось знищить планети-ізгої, що проходять через Сонячну систему. Це змушує групу астрономів створити величезний корабель з екіпажем з 50 осіб разом з худобою та обладнанням на нову планету.
Роберт А. Хайнлайн також досліджував фізичні, психологічні та соціальні наслідки корабля покоління в одному зі своїх ранніх романів, Сироти неба . Спочатку оповідання було опубліковано у вигляді двох окремих повістей у 1941 році, але було перевидано як один роман у 1963 році. Корабель у цій історії відомий якАвангард, корабель покоління, який постійно дрейфує в космосі після того, як заколот призвів до смерті всіх офіцерів-пілотів.
Через кілька поколінь нащадки забули призначення і природу корабля і вважають, що це весь їхній Всесвіт. Основна частина екіпажу все ще живе в циліндрі, але окрема група «мутів» (що по черзі означає, що вони мутанти або бунтівники) живе на верхніх палубах, де гравітація нижча, а вплив радіації спричинило фізичні зміни.
Артура К. Кларка Знайомство з Рамою (1973) є, можливо, найвідомішим прикладом корабля поколінь у науковій фантастиці. На відміну від інших вигаданих трактувань концепції, судно в цій історії було позаземним за походженням! Відомий як Рама, цей масивний космічний циліндр є автономним світом, який переносить «Раман» з одного боку галактики на інший.
Історія починається з того, що екіпаж із Землі відправляється на побачення з кораблем і досліджувати внутрішнє середовище. Всередині вони знаходять споруди, скомпоновані як міста, транспортну інфраструктуру, море, яке простягається навколо центру, і горизонтальні траншеї, які діють як вікна. Коли корабель наближається до Сонця, світло заливає, і механізми починають оживати.
Згодом астронавти-люди приходять до висновку, що будівлі насправді є фабриками і що море корабля — це хімічний суп, який буде використаний для створення «Рамансів», коли він досягне місця призначення. Зрештою, наша Сонячна система є лише зупинкою на їхньому шляху, і саме таким чином Рамани засівають галактику своїми видами.
У Аластера Рейнольдса Безодне місто (2001) – що є частиною йогоПростір Одкровеннясерія – більша частина історії відбувається на борту серії великих міжзоряних космічних кораблів. Ці кораблі мандрують до 61 Лебедя, подвійної зоряної системи, що складається з двох помаранчевих карликів типу K, щоб колонізувати світ, відомий у всьому серіалі як Sky’s Edge.
Ці кораблі описані як циліндричні та покладаються на рух антиречовини для руху з релятивістською швидкістю. Крім того, що вони перевозять кріогенно заморожених пасажирів, ці кораблі забезпечують екіпаж у стані неспання та мають усі необхідні засоби та обладнання для їх розваги. До них належать особисті приміщення, їдальні, медичні пункти та бази відпочинку.
У 2002 році відома письменниця наукової фантастики Урсула К. Легуїн опублікувала власний погляд на наслідки космічних подорожей між поколіннями під назвою Втрачені раї . Місцем дії цієї історії єВідкриття, корабель, який подорожує космосом протягом поколінь. Оскільки ті, хто пам’ятає Землю, починають відмирати, молоде покоління починає відчувати, що корабель для них більш відчутний, ніж знання про їхню стару батьківщину чи місце призначення.
Згодом з’являється нова релігія під назвою «Блаженство», яка вчить, щоВідкриття(«Небеса космічного корабля» для віруючих) насправді пов’язані з вічністю, а не на іншу планету. Цю релігію приймають до жаху старшого покоління, яке боїться, що їхні діти ніколи не захочуть покинути корабель, коли він прибуде. У 2012 році ця історія також була адаптована в оперу.
Роман 2011 року Прокидається Левіафан Джеймса С. А. Корі (і наступні частини вРоздоллясерія) показує корабель покоління під назвою «Nauvoo». Це судно будується групою мормонів, щоб вони могли подорожувати в іншу зоряну систему і колонізувати там. «Наву» описується як масивний, циліндричної форми і обертається для створення штучної гравітації для свого екіпажу.
У Кім Стенлі Робін світанок (2015), більша частина історії відбувається на борту міжзоряного корабля з однойменною назвою. Робінсон описує судно, яке використовує два обертових торія для імітації сили тяжіння, поки люди живуть у серії середовищ, аналогічних Землі. Їх кінцевим пунктом призначення є Тау Сіті, схожа на Сонце зірка, розташована на відстані 12 світлових років від Землі, де вони мають намір колонізувати екзомісяць, що обертається навколо Тау Цеті.
Корабель описується як судно класу Оріон, яке використовує керований вибух термоядерних пристроїв для створення двигуна, а також електромагнітну решітку, яка використовується для його запуску з Сонячної системи. У фірмовому стилі Робінсона значна увага також приділяється тому, як колоністи зберігають ретельний баланс на борту свого судна, а також психологічним наслідкам подорожей кількох поколінь.
Пропозиції
З початку 20 століття вчені та інженери висловили багато пропозицій. Багато з цих пропозицій були представлені у формі досліджень, а інші були популяризовані в науково-фантастичних романах. Найпершим відомим прикладом був есе 1918 року « Остаточна міграція ” піонером ракети Робертом Х. Годдардом (на честь якого названо Центр космічних польотів імені Годдарда NASA).
Екіпаж проводив багатовікову подорож у призупиненій анімації, а пілота періодично будили, щоб виправити курс і провести технічне обслуговування. Як він писав:
«Пілота слід будити або анімувати з інтервалами, можливо, 10 000 років для переходу до найближчих зірок і 1 000 000 років для великих відстаней або для інших зоряних систем. Для цього слід використовувати годинник, що керується зміною ваги (а не електричними зарядами, які викликають надто швидкий ефект) радіаційної речовини... Це пробудження, звичайно, було б необхідним, щоб керувати апаратом, якщо воно збилося з курсу».
Він також уявляв, що атомну енергію можна використовувати як джерело енергії; але якщо цього не буде, достатньо буде комбінації водню та кисню, а також сонячної енергії. Виходячи зі своїх розрахунків, Годдард підрахував, що цього буде достатньо, щоб розвинути швидкість корабля від 4,8 до 16 км/с (3-10 миль/с), що розвиває швидкість від 17 280 км/год до 57 600 км/год (10 737 км/год). до 36 000 миль/год) або від 0,000016% до 0,00005% швидкості світла.
«Батько космонавтичної теорії» Костянтин Євгенович Ціолковський також звернувся до ідеї космічного корабля кількох поколінь у своєму есе «Майбутнє Землі і людства» (1928). Ціолковський описав космічну колонію («Ноїв ковчег»), яка була б самодостатньою і де екіпажі утримувалися в умовах неспання, поки не досягли місця призначення тисячі років потому.
Інший ранній опис корабля покоління міститься в есе 1929 року « Світ, Плоть і Диявол ” Дж. Д. Бернала (винахідник “сфери Бернала”). У цьому впливовому есе Бернал писав про еволюцію людини та її майбутнє в космосі, включаючи судна, які ми сьогодні опишемо як «кораблі покоління».
У 1946 році польсько-американський математик Станіслав Улам запропонував нову ідею, відому як ядерний імпульсний рух (NPP). Як один із учасників Манхеттенського проекту, Улам уявляв, як ядерні пристрої будуть перепрофільовані для освоєння космосу. У 1955 році запущено НАСА Проект Оріон з метою дослідження НПП як засобу здійснення далеких космічних подорожей.
Концепція зоряного корабля Енцмана, концепція термоядерної ракети, запропонована в 1964 році. Авторство: Рік Штернбах
Цей проект (який офіційно тривав з 1958 по 1963) очолив Тед Тейлор з General Atomics і фізик Фрімен Дайсон з Інститут перспективних досліджень в Прінстоні, штат Нью-Джерсі. Його покинули після Договір про обмежену заборону випробувань (підписано в 1963 р.) встановив постійну заборону на ядерні випробування на навколоземній орбіті.
У 1964 році доктор Роберт Енцманн запропонував найбільш детальну на сьогоднішній день концепцію корабля покоління, відому як « Зоряний корабель Енцмана “. Його пропозиція передбачала створення корабля, який би використовував дейтерієве паливо для генерації термоядерних реакцій, щоб досягти невеликого відсотка швидкості світла. Судно буде мати довжину 600 метрів (2000 футів) і вміщатиме початковий екіпаж з 200 (з можливістю розширення).
Протягом 1970-х років в Британське міжпланетне товариство провела техніко-економічне обґрунтування міжзоряних подорожей, відоме як Проект Дедал . Це дослідження закликало до створення двоступеневого космічного корабля з термоядерним двигуном, який міг би здійснити подорож до зірки Барнарда (5,9 світлових років від Землі) за одне життя. Незважаючи на те, що ця концепція була для космічного корабля без екіпажу, дослідження дасть інформацію про майбутні ідеї для місій з екіпажем.
Наприклад, міжнародна організація Ікар Інтерстеллар відтоді спробував відновити концепцію у формі Проект Ікар . Засновані в 2009 році вчені-добровольці Ікара (багато з яких працювали в NASA і ESA) сподіваються в 21 столітті втілити термоядерний двигун та інші передові методи двигуна.
Інтер'єр корабля покоління, що спостерігає сонячне затемнення. Авторство: Дон Девіс/НАСА
Були також проведені дослідження, які розглядали антиматерію як засіб руху. Цей метод передбачає зіткнення атомів водню та антиводню в реакційній камері, що забезпечує неймовірну щільність енергії та малу масу. З цієї причини,НАСА Інститут передових концепцій (NIAC) досліджує технологію як можливий засіб для довготривалих місій.
У період з 2017 по 2019 роки доктор Фредерік Марін з Страсбурзька астрономічна обсерваторія провела серію дуже детальних досліджень необхідних параметрів для корабля покоління, включаючи мінімальний розмір екіпажу, генетичну різноманітність та розмір корабля. У всіх випадках він та його колеги покладалися на новий тип числового програмного забезпечення (т СПАДЩИНА ), які вони створили самі.
Під час перших двох досліджень доктор Марін та його колеги провели моделювання, яке показало, що a мінімальний екіпаж 98 (макс. 500) для поєднання з кріогенним банком сперма, яйця та ембріони щоб забезпечити виживання (але уникаючи переповненості), а також генетичну різноманітність і міцне здоров’я після прибуття.
В третє дослідження Доктор Марін та інша група дослідників визначили, що корабель покоління повинен мати довжину 320 метрів (1050 футів), радіус 224 метри (735 футів) і містити щонайменше 450 м² (~4850 футів²) штучної землі. заради сільського господарства. Ця земля також забезпечить переробку води та повітря на кораблі як частину мікроклімату.
Концепція корабля кількох поколінь, розроблена командою TU Delft Starship Team (DSTART) за підтримки ЄКА. Авторство та права: Нільс Фабер і Анджело Вермюлен
Переваги
Головною перевагою корабля покоління є той факт, що його можна побудувати за перевіреними технологіями і не доведеться чекати на значний розвиток технологій. Крім того, головна мета концепції полягає в тому, щоб відмовитися від проблеми швидкості та маси палива, щоб забезпечити можливість екіпажу людей зрештою колонізувати іншу зоряну систему.
Як ми досліджували в а попередня стаття , корабель покоління також відповідав би двом основним цілям дослідження космосу, які полягали в тому, щоб підтримувати людську колонію в космосі та дозволяти подорожувати до потенційно придатної для життя екзопланети. Крім того, екіпаж, який налічує сотні чи тисячі, збільшив би шанси на успішну колонізацію іншої планети.
І останнє, але не менш важливе, просторе середовище корабля покоління дозволить використовувати кілька методів. Наприклад, частина екіпажу може перебувати в стані неспання протягом усього маршруту, а інша частина може перебувати в кріогенному підвішеному стані. Людей також можна було оживити та повернутися до підвіски по змінах, таким чином мінімізуючи психологічні наслідки тривалої подорожі.
На жаль, на цьому переваги закінчуються і починаються проблеми/виклики.
Недоліки
Найочевиднішим недоліком генераційного корабля є величезні витрати на будівництво та обслуговування таких великих космічних кораблів, які були б непомірними. Існує також небезпека відправки людських екіпажів у глибокий космос на такі тривалі періоди часу. Під час подорожі, яка триватиме століття чи тисячоліття, існує велика ймовірність того, що екіпаж піддасться почуттю ізоляції та нудьги і навернеться один на одного.
Крім того, є фізіологічні проблеми, які може спричинити подорож кількох поколінь у космосі. Загальновідомо, що радіаційне середовище в глибокому космосі істотно відрізняється від середовища на Землі або на низькій навколоземній орбіті (НОО). Навіть за умови захисту від радіації, тривалий вплив космічних променів може мати серйозний вплив на здоров’я екіпажу.
Хоча кріогенна суспензія може допомогти пом’якшити деякі з цих проблем, довгостроковий вплив кріогеніки на фізіологію людини ще не відомий. Це означає, що перед виконанням такої місії знадобиться ретельне тестування. Це лише додає загальних морально-етичних міркувань, які тягне за собою ця концепція.
Нарешті, існує ймовірність того, що подальший технічний прогрес призведе до розробки швидших і більш досконалих зоряних кораблів. Ці кораблі, які відпливають із Землі набагато пізніше, можуть обігнати корабель покоління, перш ніж він досягне місця призначення, що робить всю подорож безглуздою.
Ілюстрація та логарифмічний масштаб Сонячної системи, геліосфери та міжзоряного середовища. Авторство: NASA-JPL
Висновки
Враховуючи величезну вартість будівництва генераційного корабля, ризики здійснити таку довгу подорож, кількість невідомих, пов’язаних із цим, і можливість того, що розвиток технологій стане безглуздим, необхідно задати питання: чи варто це зробити? це? На жаль, як і багато питань, що стосуються космічних подорожей кількох поколінь, чіткої відповіді немає.
Зрештою, якщо є ресурси та є бажання зробити це, люди цілком можуть спробувати виконати таку місію. Гарантії успіху не буде, і навіть якщо екіпаж успішно потрапить до іншої зоряної системи і колонізує далеку планету, пройдуть тисячоліття, перш ніж хтось на Землі почує від їхніх нащадків.
За цих обставин здавалося б розумнішим просто почекати на подальший технологічний прогрес і спробувати піти в міжзоряний простір пізніше. Однак не всі можуть бути так готові чекати, і історія пам’ятає тих, хто кидає виклик шансам і ризикує. І як на підприємствах Марс один показали, що людей, готових ризикувати життям заради колонізації далекого світу, не бракує!
Ми написали багато статей на тему кораблів покоління тут, у Universe Today. Ось що таке Мінімальна кількість людей, яких ви повинні відправити на кораблі поколінь до Proxima Centauri? і Наскільки великим має бути корабель покоління, щоб зберегти екіпаж із 500 чоловік для подорожі до іншої зірки? , Найефективніший спосіб дослідити весь Чумацький Шлях, зірка за зіркою , і Плюси і мінуси різних методів міжзоряних подорожей .
Джерела:
- Вікіпедія – корабель покоління
- Вікіпедія – Міжзоряний ковчег
- Дивні шляхи – Міжзоряний ковчег
- SFF – Теми: Кораблі покоління
- Mashable – Міжзоряна мрія вмирає
- Сни Центавра – кораблі світу: інтерв’ю з Грегом Матлоффом
- Icarus Interstellar – Проект Гіперіон: Порожнистий астероїдний зоряний корабель – Поширення ідеї
- СПАДЩИНА: код Монте-Карло для оцінки життєздатності міжзоряних подорожей за допомогою екіпажу з кількох поколінь , Марін, Фредерік. JBIS, вип. 70, № 5-6, 2017
- Розрахунок мінімального екіпажу для космічної подорожі кількох поколінь до Проксіми Центавра b , Марін, Ф., Белуффі, Ч. JBIS, vol. 71, № 2, 2018
- Чисельні обмеження на розмір генеруючих кораблів від загальних витрат енергії на борту, річного виробництва їжі та космічних методів землеробства , Марін (та ін.). JBIS, вип. 71, № 10, 2018