Как нам колонизировать другие звёздные системы? Часть 1

^©

Проблема колонизации иных планет — и, как финальное развитие идеи, иных звёздных систем, — многие десятилетия волнует умы учёных, фантастов и просто неравнодушных мечтателей. Эту сверхмасштабную задачу можно разбить на несколько условных этапов, для выполнения каждого из которых мы пока не обладаем всем нужными технологиями и знаниями. Тем не менее цель не выглядит недостижимой.

А зачем?

У идеи расселения человечества за пределами Земли есть противники, которые задают один и тот же вопрос: «А зачем нам это делать? На родной планете ещё полно незаселённых территорий». Ответить на это можно по-разному. Если не устраивает романтический вариант — «Это же новый этап развития цивилизации — создание колонии в другой звёздной системе», — то можно аргументировать более прагматично: «Ради сохранения человечества как вида».

Наш мир очень уязвим: в краткосрочной перспективе мы можем исчезнуть в результате третьей мировой или смертоносной пандемии. Если смотреть дальше, лет на 30-50 вперёд, то не исключено появление новых технологий, которые могут поставить человечество на грань выживания, вроде искусственного интеллекта или военных самосборных нанороботов. Нельзя забывать и о «классике»: изменение климата может оставить без еды/воды/территории огромное количество людей, а это опять же обнищание, массовые миграции и войны. Вулканическое извержение наподобие Тамбора может привести к планетарному голоду и катастрофическому росту цен на продукты питания.

В общем, есть много причин для отправки космического «Мейфлауэра».

Тернии на пути к звёздам

Межзвёздный полёт сегодня относится к научной фантастике, ведь у нас нет множества необходимых для этого технологий. Количество проблем, которые нужно решить для построения космического ковчега, огромно. Так что вполне вероятно, что проект может быть реализован лишь через 100-200 лет интенсивного развития наук и технологий.

От скорости полёта зависит его продолжительность, но чем быстрее мы хотим разогнаться, тем больше нужно потратить для этого энергии. Но почти наверняка лететь придётся очень долго — в лучшем случае десятки лет; но, вероятнее всего, сотни.

Как достичь приемлемой скорости полёта, с точки зрения продолжительности?
Как затормозиться при подлёте к месту назначения?
Как запасти достаточно энергии?
Как обеспечить питание пассажиров?
Как сохранить их здоровье и репродуктивную функцию на протяжении поколений в условиях микрогравитации и повышенного радиационного фона?
Как сохранить генетическое разнообразие потомков пилигримов?
Как найти потенциально пригодную для обитания планету, чьих ресурсов хватит для создания фактически новой цивилизации?
Как обеспечить создание производственных мощностей для строительства нового мира?
Как нам вообще объединиться и реализовать столь масштабный проект? Ведь ни одна страна не потянет его в одиночку.

Вопросов море, и решение большинства из них требует создания новых технологий или серьёзного улучшения существующих. Как показал беглый обзор книг и академических публикаций, учёный мир в целом склонен считать, что межзвёздная колонизация когда-нибудь станет возможной.

Разгон и торможение

Ближайшая к нам звёздная система — Проксима Центавра — расположена в 4,22 световых годах от Солнца. Спутник «Вояджер-1» считается самым быстрым объектом, созданным людьми, его скорость составляет 17 км/с. Если бы он летел в сторону Проксима Центавра, то он достиг бы её через 74 464 года. В идеале, будущий корабль переселенцев должен иметь силовую установку, способную разогнать его хотя бы до 17 000 км/с, в этом случае полёт займёт около 74 лет.

^©

Чем длиннее полёт, тем труднее обеспечить бесперебойную работу всех критически важных систем и сохранить здоровье пассажиров.

Писатель-фантаст Чарльз Стросс подсчитал, что для разгона двухтонного космического корабля до 10% от скорости света нужно около 10^18 Дж. И ещё примерно столько же — для торможения. И это при условии 100% КПД и пренебрежении несколькими законами физики.

Статья была написана в 2007 году, и на тот момент все электростанции мира в течение 5 дней вырабатывали бы указанный объём энергии. За прошедшие 9 лет объёмы производства энергии серьёзно выросли — в 2008 на выработку 2×10^18 Дж ушло бы уже менее двух дней. Так что вполне возможно, что сбудется предсказание Фримена Дайсона об экспоненциальном росте выработки энергии. Хотя можно возразить, что по ряду причин — физических, экономических, технологических — более вероятно десятикратное увеличение выработки электроэнергии в течение 100 лет.

Если перевести необходимое количество энергии для корабля в топливо для ракетного двигателя, то в баках придётся везти объём, эквивалентный паре масс Юпитера. Так что химический двигатель отпадает. В качестве альтернативы предлагаются ядерный двигатель, термоядерный, солнечные паруса, а также всякая экзотика вроде двигателя на антиматерии, варп-двигателя и т.д.

У каждого из предложенных вариантов есть свои достоинства и недостатки, а некоторые так фантастичны, что и не знаешь, с какой стороны к ним подойти. К примеру, для получения даже крохотного количества антиматерии потребуется создать на корабле гигантские ускорители частиц, что само по себе сравнимо с годовым бюджетом не бедной страны. А ведь нужно ещё решить проблему удержания и управления антиматерией. Про варп-двигатель даже фантазировать сложно, потому что его создание требует разработки нескольких направлений теоретической физики. Из сегодняшнего дня самым реальным вариантом пока что видится ядерный двигатель. Например, проект «Орион», который прорабатывал тот же Фримен Дайсон.

Радиация

В космосе мы лишены защитной оболочки из атмосферы и магнитного поля Земли, спасающей нас от радиации. Не нужно никому объяснять, что радиоактивное облучение, а тем более длительное, — вовсе не то, что нужно для здоровья колонистов. Кроме того, достаточно сильная радиация может со временем повреждать чувствительную электронику.

Для защиты от излучения можно использовать экранирование, но это подразумевает увеличение массы корабля. Так что целесообразнее защищать только жилые отсеки и части, наиболее чувствительные к радиации. Не будем рассматривать всерьёз предложения вроде заключения корабля в сферическую композитную оболочку, содержащую воду, потому что вес такой «брони» составит сотни тонн.

Есть вариант с созданием защитных полей:

электромагнитного, отклоняющего заряженные частицы от корабля,
либо магнитно-плазменного поля: электростатическая плазма защищает от положительно заряженных частиц, а магнитное поле удерживает электроны для нейтрализации заряда.

Но тут есть ряд проблем и трудностей:

Пока нет уверенности в достаточной эффективности защитных полей.
Поддержание поля потребует серьёзных затрат энергии.
Для реализации защитных полей нужно новые технологии в области высокопрочных композитов, высокотемпературных сверхпроводников, управления полями, создания и управления большими сверхпроводящими магнитами.
Сами по себе достаточно сильные электромагнитные поля не прибавляют здоровья людям и электронике.

Есть и альтернативная точка зрения, согласно которой можно отправить космонавтов без серьёзной защиты от космической радиации. Мол, на атомных подводных лодках люди плавают десятилетиями рядом с реакторами, и ничего. Но подобная логика представляется мне как минимум спорной, скорее даже ошибочной.

Продолжение следует.

@randall