Мрія подорожувати до іншої зірки і посадити насіння людства на далеку планету ... Не можна перебільшувати, якщо говорити, що воно століттями захоплювало уяви людини. З народженням сучасної астрономії та космічної ери навіть були зроблені наукові пропозиції щодо того, як це можна зробити. Але, звичайно, життя у релятивістському Всесвіті представляє багато викликів, для яких немає простих рішень.
Серед цих викликів один з найбільших пов'язаний із великою кількістю енергії, необхідної для того, щоб людину перенесли до іншої зірки протягом власного життя. Отже, чому деякі прихильники міжзоряних подорожей рекомендують відправляти космічні апарати, які по суті є мініатюризованими світами, які можуть вмістити мандрівників на століття або довше. Ці "Кораблі покоління" (ака. Світові кораблі або міжзоряні ковчеги) - це космічні апарати, створені для по-справжньому тривалий перевезення.
Логіка покоління корабля проста: якщо ви не можете подорожувати досить швидко, щоб дістатися до іншої зіркової системи протягом одного життя, побудуйте судно, достатньо велике, щоб перевезти все, що можливо, знадобиться для довгого плавання. Це означає, що судно має надійну систему приведення в рух, яка може забезпечити стійку тягу під час прискорення і уповільнення, а також необхідні зручності для забезпечення кількох поколінь людей.
Крім того, судно повинно було б мати можливість забезпечити, щоб його екіпажі мали їжу, воду та дихаюче повітря - достатньо, щоб проіснувати століття чи навіть тисячоліття. Ймовірно, це означатиме створення мікроклімату із закритою системою всередині корабля, що завершиться з водним циклом, циклом вуглецю та циклом азоту. Це дозволить вирощувати їжу, а воду та повітря постійно переробляти.
Досягнення найближчих зірок
Найближча зірка до нашої Сонячної системи - Проксіма Кентаврі, зірка головної послідовності типу М (червоний карлик), розташована приблизно за 4,24 світлових років. Ця зірка є частиною системи потрійних зірок, яка включає систему Альфа Кентавра, двійкову, що складається з головної послідовності зірки, схожої на Сонце (жовтий карлик типу G) та основної зірки типу K (оранжевий карлик).
Окрім того, що є найближчою до нашої зоряної системи, Проксима Кентаврі - це також будинок найближчої до Землі екзопланети - Проксима b. Ця наземна (ака. Скеляста) планета - про відкриття якої було оголошено у 2016 році Європейською Південною обсерваторією (ESO) - приблизно таких же розмірів, як Земля (1,3 маси Землі) та орбіти в межах циркулярної заселеної зони її зірки.
Наступна найближча екзопланета, яка обертається в межах ЗЗ зірки, - Росс 128 б, екзопланета Землі розміром із Землі, яка обертається навколо червоної карликової зірки приблизно за 11 світлових років. Наступна найближча зірка, схожа на Сонце, - Тау Сеті, який проходить трохи менше 12 світлових років і має одного потенційно проживаючого кандидата (Тау Сеті е). Насправді за 50 світлових років Землі існує 16 екзопланет, які могли б підтримувати життя.
Але як ми досліджували в попередній статті, подорож навіть до найближчої зірки зайняла б дуже багато часу і вимагала величезної кількості енергії. Використовуючи загальноприйняті рушійні засоби, на це можна було б зайняти від 19 000 до 81 000 років. Використовуючи запропоновані методи, які були випробувані, але ще не побудовані (як ядерні ракети), час подорожі скорочується до приблизно 1000 років.
Запропоновані методи, здатні досягти найближчих зірок за одне життя, такі як рушій з направленою енергією - наприклад, Breakthrough Starshot. За цією концепцією легкий вітрило та грамовий космічний корабель можна було б прискорити до 20% швидкості світла (0,2 c), таким чином здійснивши подорож до Альфи Центавра всього за 20 років. Однак, Starshot та подібні пропозиції - це все невикручені поняття.
Крім цього, єдині можливі методи відправлення людей до іншої зіркової системи є технічно здійсненними (але нерозвиненими) або цілком теоретичними (як, наприклад, Alcubierre Warp Drive). Зважаючи на це, багато вчених розробили пропозиції, які б втратили швидкість і замість цього зосередилися на розміщенні екіпажів під час тривалого плавання.
Приклади з художньої літератури
Здається, найдавніший записаний приклад був зроблений інженером та письменником наукової фантастики Джон Манро у своєму романі Подорож до Венери (1897). У ньому він згадує, як людство може стати міжзоряним видом одного дня:
"[W] з судном, достатньо великим, щоб містити необхідне для життя, відібрана партія дам і джентльменів може почати Чумацький Шлях, і якщо все піде правильно, їхні нащадки прибудуть туди протягом декількох мільйонів років. "
Концепція була детальніше розглянута в науково-фантастичному романі 1933 року Коли світовий зіткнення, який був співавтором Філіпа Вілі та Едвіна Балмера. У цій історії Земля ось-ось буде знищена шахрайськими планетами, що проходять через Сонячну систему. Це змушує групу астрономів створити масовий корабель, що перевозить 50-е екіпаж разом із худобою та технікою на нову планету.
Роберт А. Хайнлайн також досліджував фізичні, психологічні та соціальні ефекти корабля покоління в одному зі своїх найдавніших романів, Сироти Неба. Ця історія спочатку була опублікована у вигляді двох окремих новел у 1941 році, але була випущена як окремий роман у 1963 році. Корабель у цій історії відомий як Авангардкорабель покоління, який постійно перебуває в космосі після заколоту, призвів до загибелі всіх офіцерів-пілотів.
Пізніше покоління нащадки забули про призначення і характер корабля і вважають, що це - їх цілий Всесвіт. Основна частина екіпажу все ще живе всередині циліндра, але окрема група «муті» (що по черзі означає, що вони мутанти або муштри) живе у верхніх палубах, де сила тяжіння нижча і опромінення викликало фізичні зміни.
Артура К. Кларка Побачення з Рамою (1973), мабуть, найвідоміший приклад покоління кораблів у науковій фантастиці. На відміну від інших вигаданих обробок цієї концепції, судно в цій історії було позаземним за походженням! Відомий як Рама, цей масивний космічний циліндр - це автономний світ, який переносить "Рамани" з однієї сторони галактики в іншу.
Історія відкривається, коли екіпаж із Землі відправляється на зустріч із судном та досліджує внутрішні приміщення. Всередині вони знаходять споруди, розташовані як міста, транспортну інфраструктуру, море, що тягнеться навколо центру, і горизонтальні траншеї, які виконують роль вікон. Коли корабель наближається до Сонця, світло протікає, і техніка починає оживати.
Врешті-решт, людські космонавти роблять висновок, що будівлі - це фактично фабрики і що корабельне море - це хімічний суп, який буде використаний для створення «Раманів», коли він досягне свого призначення. Зрештою, наша Сонячна система - це просто зупинка в їхній подорожі, і саме так Раман насідає галактику зі своїми видами.
В Аластеріра Рейнольда Місто прірви (2001) - що є його частиною Космос об’явлення серія - значна частина історії відбувається на борту серії великих міжзоряних космічних кораблів. Ці кораблі подорожують до 61 Cygni, двійкової зіркової системи, що складається з двох оранжевих карликів типу K, щоб колонізувати світ, який відомий у всій серії як "Sky's Edge".
Ці кораблі описуються як циліндричні і покладаються на антиматеріальне рушій, щоб рухатись з релятивістською швидкістю. Окрім того, що вони несуть комплімент кріогенно-заморожених пасажирів, ці кораблі підтримують екіпаж у неспаних умовах та мають усі необхідні засоби та обладнання для розваги. До них відносяться особисті приміщення, безладні зали, медичні бухти та бази відпочинку.
У 2002 році відома автор наукової фантастики Урсула К. Леґуін випустила власну діяльність про космічні подорожі між поколіннями під назвою Паради втрачені. Налаштування цієї історії - це Відкриттякорабель, який поколіннями мандрує космосом. Коли ті, хто пам’ятає Землю, починають відмирати, молодші покоління починають відчувати, що корабель для них більш відчутний, ніж будь-який краєвид про старий рідний світ чи місце призначення.
Врешті-решт з'являється нова релігія під назвою "Блаженство", яка вчить цьому Відкриття ("Космічний корабель небес" для вірних) насправді пов'язаний вічністю, а не іншою планетою. Ця релігія сприймається зляканням старшого покоління, яке побоюється, що їхні діти ніколи не захочуть покинути корабель, коли він прибуде. Ця історія була адаптована також до опери у 2012 році.
Роман 2011 року Левіафан Уокс Джеймсом С. А. Корі (та наступними партіями у Розширення серія) містить корабель покоління під назвою "Науву". Це судно будується групою мормонів, щоб вони могли подорожувати до іншої зіркової системи та колонізуватися там. Nauvoo описується як масивний, циліндричної форми і обертається для створення штучної сили тяжіння для своєї бригади.
У Кім Стенлі Робін Аврора (2015), більшість оповідань відбувається на борту однойменного міжзоряного зіркового корабля. Робінсон описує судно, яке використовує дві обертові торії для імітації сили тяжіння, поки люди живуть у ряді земних аналогів. Їх кінцевим пунктом призначення є Тау Сеті, зірка, схожа на Сонце, розташована за 12 світлових років від Землі, де вони мають намір колонізувати екзомону, що обертається навколо Тау Сеті.
Корабель описується як судно класу Оріон, яке використовує керований вибух термоядерних пристроїв для генерування двигуна, а також електромагнітний масив, що використовується для його запуску із Сонячної системи. У стилі підпису Робінсона значна увага приділяється також тому, як колоністи підтримують дбайливий баланс на своєму судні та психологічні наслідки подорожей у багато поколінь.
Пропозиції
Вчені та інженери з початку 20 століття зробили кілька пропозицій. Багато з цих пропозицій були представлені у формі досліджень, а інші були популяризовані у науково-фантастичних романах. Найдавніший відомий приклад - нарис 1918 р. "Остаточна міграція" піонера-ракета Роберта Х. Годдарда (для якого названий Центр космічних польотів НАСА "Годдард").
Екіпаж провів багатовікову подорож у призупиненій анімації, при цьому пілот пробуджувався з інтервалом, щоб здійснити виправлення курсу та технічне обслуговування. Як він писав:
"Пілота слід пробуджувати або оживляти з інтервалом, можливо, 10 000 років для проходу до найближчих зірок, і 1 000 000 років на великих відстанях, або для інших зоряних систем. Для цього слід використовувати годинник, керований зміною ваги (а не електричними зарядами, які спричиняють надто швидкі наслідки) радіаційної речовини ... Це пробудження, звичайно, буде необхідним для керування апаратом, якщо він не пішов з курсу ».
Він також передбачав, що атомна енергія може використовуватися як джерело живлення; але, якщо цього не вдасться, достатньо буде поєднання водню та кисню, а також сонячної енергії. Виходячи з своїх підрахунків, Годдард підрахував, що їх буде достатньо, щоб корабель набрав швидкість від 4,8 до 16 км / с (від 3 до 10 миль / с), що працює від 17,280 км / год до 57 600 км / год (10 737 до 36000 миль / год) або 0,000016% до 0,00005% швидкості світла.
Константин Євгенович Ціолковський, «батько теорії космонавтики», також виступив із ідеєю багатокольорового космічного корабля у своєму нарисі «Майбутнє Землі та Людства» (1928). Ціолковський описав космічну колонію ("Ноєвий ковчег"), яка була б самодостатньою і де екіпажі утримувались у неспальних умовах до тих пір, поки тисячі років вони не дійшли до місця призначення.
Ще один ранній опис корабля покоління - у нарисі 1929 р. "Світ, плоть і диявол" Дж. Д. Бернала (винахідник "Бернальної сфери"). У цьому впливовому нарисі Бернал писав про еволюцію людини та її майбутнє у космосі, куди входили судна, які ми сьогодні охарактеризували б як "кораблі покоління".
У 1946 році польсько-американський математик Станіслав Улам запропонував нову ідею, відому як "Ядерний імпульсний рух" (АЕС). Як один із учасників Манхеттенського проекту, Улам задумав, як ядерні пристрої будуть переобладнані заради дослідження космосу. У 1955 році NASA запустила Project Orion з метою дослідження NNP як засобу для проведення глибококосмічних плавань.
Цей проект (який офіційно тривав з 1958 по 1963 рр.) Очолювали Тед Тейлор із загальної атомної науки та фізик Фріман Дайсон з Інституту підвищення кваліфікації в Принстоні, штат Нью-Джерсі. Він був відмовлений після того, як Договір про обмежену заборону випробувань (підписаний у 1963 р.) Встановив постійну заборону ядерних випробувань на земній орбіті.
У 1964 р. Доктор Роберт Енцман запропонував найбільш детальну концепцію корабля покоління на сьогоднішній день, згодом відомий як «Зоряний корабель Енцмана». Його пропозиція закликала корабель, який використовував би дейтерійне паливо для генерування реакцій синтезу для досягнення невеликого відсотка швидкості світла. Судно було розміром 600 метрів (2000 футів) у довжину і вміщало б початковий екіпаж у 200 (з можливістю розширення).
Протягом 1970-х Британське міжпланетарне товариство провело техніко-економічне обґрунтування міжзоряних подорожей, відоме як Project Daedalus. Це дослідження закликало створити двоступеневий космічний корабель з термоядерним синтезом, який зможе здійснити подорож до зірки Барнард (5,9 світлових років від Землі) за одне життя. У той час як ця концепція була для розкрученого космічного корабля, дослідження інформувало б майбутні ідеї для місій, що склалися.
Наприклад, міжнародна організація Icarus Interstellar намагається пожвавити концепцію у формі Project Icarus. Заснований у 2009 році, вчені-добровольці Icarus (багато з яких працювали в NASA та ESA) сподіваються зробити реалізацію синтез-рушієм та іншими прогресивними методами руху в 21 столітті.
Також проводилися дослідження, які розглядали антиматерію як засіб просування. Цей спосіб передбачає зіткнення атомів водню та антиводню в реакційній камері, що пропонує переваги неймовірної щільності енергії та малої маси. З цієї причини, НАСА Інститут розширених концепцій (NIAC) досліджує технологію як можливий засіб для тривалих місій.
У період з 2017 по 2019 рік доктор Фредерік Марін з Астрономічної обсерваторії Страсбурга провів серію високоточних детальних досліджень необхідних параметрів для покоління корабля - включаючи мінімальний розмір екіпажу, генетичне різноманіття та розмір корабля. У всіх випадках він та його колеги покладалися на новий тип цифрового програмного забезпечення ("НАСЛІД"), яке вони створили самі.
Для перших двох досліджень доктор Марін та його колеги провели моделювання, які показали, що мінімальний екіпаж із 98 (макс. 500) повинен поєднуватися з кріогенним банком сперми, яйцеклітин та ембріонів, щоб забезпечити виживання (але уникаючи перенаселення). ), а також генетичне різноманіття та гарне здоров'я після прибуття.
У третьому дослідженні доктору Маріну та іншій групі дослідників було встановлено, що кораблю покоління потрібно буде вимірювати довжину 320 метрів (1050 футів), радіусом 224 метри (735 футів) і містити принаймні 450 м² (~ 4 850 футів² ) штучної землі заради сільського господарства. Ця земля також забезпечила б переробку води та повітря корабля в рамках мікроклімату.
Переваги
Головною перевагою корабля покоління є той факт, що його можна побудувати за перевіреною технологією і не доведеться чекати значних успіхів у технології. Крім того, головна мета цієї концепції - відмовитися від питання швидкості та паливної маси, щоб гарантувати, що екіпаж людей може врешті колонізувати іншу зіркову систему.
Як ми досліджували в попередній статті, корабель покоління також виконав би дві основні цілі дослідження космосу, а саме - підтримувати людську колонію в космосі і дозволяти подорожувати до потенційно заселеної екзопланети. Крім того, екіпаж, який налічує сотні чи тисячі, збільшив би шанси на успішне колонізацію іншої планети.
І останнє, але не менш важливе, простора обстановка судна покоління дозволила б використовувати декілька методів. Наприклад, частину екіпажу можна було тримати в умовах неспання протягом тривалості подорожі, тоді як іншу частину можна тримати в кріогенній суспензії. Люди також могли відроджуватися і повертатися до зупинки, змінюючи тим самим мінімізацію психологічних наслідків тривалої подорожі.
На жаль, саме тут закінчуються переваги і починаються проблеми / проблеми.
Недоліки
Найбільш очевидним недоліком корабля покоління є великі витрати на будівництво та обслуговування таких великих космічних кораблів, що було б непомірно. Існують також небезпеки надсилання людських екіпажів у глибокий космос за такий тривалий проміжок часу. На плаванні, яке триватиме століття або тисячоліття, існує чітка можливість, що екіпаж піддасться відчуттю ізоляції та нудьги і повернеться один до одного.
Тоді виникають фізіологічні проблеми, які можуть потягти багатопоколільне подорож через космос. Загальновідомо, що радіаційне середовище у глибокому космосі суттєво відрізняється від середовища на Землі або на низькій орбіті Землі (LEO). Навіть при захисті від радіації тривалий вплив космічних променів може серйозно вплинути на здоров'я екіпажу.
Хоча кріогенна суспензія могла б допомогти пом'якшити деякі з цих питань, довгостроковий вплив кріогеніки на фізіологію людини ще не відомий. Це означає, що перед тим, як можна було б здійснити таку місію, знадобиться обширне тестування. Це лише додає до загальних морально-етичних міркувань, які передбачає ця концепція.
Нарешті, існує ймовірність, що подальший технологічний прогрес тим часом призведе до розвитку більш швидких і досконалих зоряних кораблів. Ці кораблі, від'їжджаючи на Землю через набагато пізніше, змогли би наздогнати корабель покоління до того, як він коли-небудь досяг свого пункту призначення - таким чином зробивши всю подорож безглуздою.
Висновки
Враховуючи великі витрати на будівництво корабля покоління, ризики здійснити таку тривалу дорогу, кількість невідомих учасників та можливість того, що це буде втрачено безпредметно внаслідок прогресу технологій, потрібно задати питання: чи варто це це? На жаль, як і стільки питань, що стосуються космічних подорожей у багато поколінь, однозначної відповіді немає.
Врешті-решт, якщо ресурси є в наявності, а воля до цього є, люди можуть цілком спробувати здійснити таку місію. Ніяких гарантій успіху не буде, і навіть якщо екіпаж успішно перейде до іншої зіркової системи і колонізує далеку планету, це пройде тисячоліття, перш ніж хтось на Землі почує від своїх нащадків.
За таких обставин, здавалося б, більш розумним буде лише чекати подальших технологічних досягнень і намагатися піти міжзоряно пізніше. Однак не всі можуть не так охоче чекати, і історія, як правило, пам’ятає тих, хто кидає шанси і ризикує. І як показали нам такі заходи, як Mars One, людей, які бажають ризикувати своїм життям заради колонізації далекого світу, не бракує!
Ми написали багато статей на тему "Покоління кораблів" тут, у журналі «Космічний журнал». Ось яка мінімальна кількість людей, яких ви повинні відправити генеральним судном до Проксіми Кентаври? і наскільки великим повинен бути корабель покоління, щоб утримати екіпаж із 500 живих, щоб подорожувати до іншої зірки? Найефективніший спосіб дослідити весь Чумацький шлях, зірка зірка, плюси та мінуси різних методів міжзоряного подорожі .
Джерела:
- Вікіпедія - Корабель покоління
- Вікіпедія - Міжзоряний ковчег
- Дивні стежки - Міжзоряний ковчег
- SFF - Теми: Кораблі покоління
- Mashable - Міжзоряна мрія вмирає
- Мрії Кентавра - Світові кораблі: Інтерв'ю з Грегом Матлофом
- Ікар Міжзоряний - Гіперіон проекту: Зоряний порожнистий астероїд - Поширення ідеї
- НАСЛІД: код Монте-Карло для оцінки життєздатності міжзоряних подорожей за допомогою екіпажу з багатьох поколінь, Марін, Фредерік. JBIS, вип. 70, ні. 5-6, 2017
- Обчислюючи мінімальний екіпаж для багатопоколільної космічної подорожі у напрямку до Проксима Центавра, Марін, Ф., Белуффі, C. 71, вип. 2, 2018
- Числові обмеження щодо розміру вироблених суден від загальних витрат енергії на борт, річних технологій виробництва продуктів харчування та космічного землеробства, Марін (та ін.). 10, 2018
