Solsystemet har länge inte haft något särskilt intresse för science fiction-författare. Men förvånansvärt för våra forskare orsakar våra "hem" -planeter inte mycket inspiration, även om de ännu inte har utforskats praktiskt.
När man knappt har klippt ett fönster i rymden slits mänskligheten i okända avstånd, och inte bara i drömmar, som tidigare.
Sergei Korolyov lovade också att snart flyger ut i rymden "på en facklig biljett", men denna fras är redan ett halvt sekel gammalt, och rymden odyssey är fortfarande eliten mycket - för dyrt ett nöje. För två år sedan lanserade HACA emellertid det ambitiösa 100-åriga Starship-projektet, som innebär en fasad och flerårig skapande av den vetenskapliga och tekniska grunden för rymdflyg.
Detta enastående program borde locka forskare, ingenjörer och entusiaster från hela världen. Om allt krönas med framgång, på 100 år kommer mänskligheten att kunna bygga ett interstellärt fartyg, och vi kommer att flytta runt solsystemet som på spårvagnar.
Så vilka problem måste lösas för att starflyging ska bli verklighet?
TID OCH HASTIGHET ÄR RELATIVA
Kampanjvideo:
Astronautik av automatfordon verkar för vissa forskare vara ett nästan löst problem, konstigt nog. Och detta trots att det absolut inte finns någon mening med att starta maskiner till stjärnorna med de aktuella snigghastigheterna (cirka 17 km / s) och annan primitiv (för sådana okända vägar) utrustning.
Nu har det amerikanska rymdskeppet Pioneer-10 och Voyager-1 lämnat solsystemet, och det finns inte längre någon förbindelse med dem. Pioneer 10 är på väg mot stjärnan Aldebaran. Om ingenting händer med honom, kommer han att nå närheten till denna stjärna … om 2 miljoner år. På samma sätt kryper andra enheter över universums vidder.
Så oavsett om ett fartyg är bebott eller inte, för att flyga till stjärnorna, behöver det en hög hastighet, nära ljusets hastighet. Detta kommer dock att hjälpa till att lösa problemet med att flyga endast till de närmaste stjärnorna.
"Även om vi lyckades bygga ett stjärnfartyg som kunde flyga med en hastighet nära ljusets hastighet," skrev K. Feoktistov, "kommer resetiden i vår Galaxy bara att räknas i årtusenden och tiotals millennier, eftersom dess diameter är ungefär 100 000 ljus år gammal. Men mycket mer kommer att passera på jorden under denna tid."
Enligt relativitetsteorin är tidsförloppet i två system som rör sig det ena till det andra annorlunda. Eftersom fartyget på stora avstånd har tid att utveckla en hastighet mycket nära ljusets hastighet kommer skillnaden i tid på jorden och på fartyget att vara särskilt stor.
Det antas att det första målet för interstellära flygningar är Alpha Centauri (ett system med tre stjärnor) - det närmaste oss. Du kan flyga dit med ljusets hastighet på 4,5 år, på jorden under denna tid kommer det att ta tio år. Men ju större avståndet, desto större skillnad i tid.
Kommer du ihåg den berömda "Andromeda Nebula" av Ivan Efremov? Där mäts flygningen i år och jordisk. En vacker saga, du kommer inte säga någonting. Men den eftertraktade nebulosan (mer exakt, Andromeda-galaxen) ligger på ett avstånd av 2,5 miljoner ljusår från oss.
Enligt vissa beräkningar kommer resan att ta mer än 60 år för astronauter (enligt rymdskeppstimmar), men en hel era kommer att passera på jorden. Hur kommer deras avlägsna ättlingar att möta rymden "Neaderthals"? Och kommer jorden att leva alls? Det vill säga att återvändande i princip är meningslös. Men liksom själva flygningen: vi måste komma ihåg att vi ser Andromedas nebula-galaxen som den var för 2,5 miljoner år sedan - så länge dess ljus reser till oss. Vad är poängen med att flyga till ett okänt mål, som kanske inte har funnits på länge, åtminstone i dess tidigare form och på det gamla stället?
Detta innebär att även flygningar med ljusets hastighet endast är motiverade för relativt nära stjärnor. Men fordon som flyger med ljusets hastighet lever fortfarande bara i teorin, som liknar science fiction, dock vetenskaplig.
PLANETS STORTSKIP
Naturligtvis, först och främst, kom forskare på idén att använda den mest effektiva termonukleära reaktionen i fartygsmotorn - som redan delvis bemästrats (för militära ändamål). För att resa i båda riktningarna med en hastighet nära ljus, även med en ideal systemdesign, krävs ett förhållande mellan den initiala massan och den slutliga massan inte mindre än 10 till den trettionde kraften. Det vill säga rymdskeppet kommer att vara som en enorm komposition med bränsle på storleken på en liten planet. Det är omöjligt att lansera en sådan koloss i rymden från jorden. Och för att samlas i omloppsbana - inte heller utan skäl diskuterar forskare inte detta alternativ.
Idén om en fotonmotor som använder principen om förintelse av materia är mycket populär.
Förintelse är omvandlingen av en partikel och en antipartikel, när de kolliderar, till andra partiklar som skiljer sig från de ursprungliga. Det bäst studerade är förintelsen av en elektron och en positron, som genererar fotoner, vars energi kommer att röra rymdskeppet. Beräkningar av amerikanska fysiker Ronan Keane och Wei-ming Zhang visar att modern teknik kan användas för att skapa en förintelse-motor som kan påskynda ett rymdskepp till 70% av ljusets hastighet.
Emellertid börjar ytterligare problem. Tyvärr är det inte lätt att använda antimateria som drivmedel. Under förintelsen inträffar skur av kraftig gammastrålning, som är dödliga för astronauter. Dessutom är kontakten med positronbränslet med fartyget full av en dödlig explosion. Slutligen finns det fortfarande ingen teknik för att erhålla en tillräcklig mängd antimateria och dess långvariga lagring: till exempel, en anti-väteatom "lever" nu under mindre än 20 minuter, och produktionen av ett milligram positron kostar 25 miljoner dollar.
Men antag att med tiden kan dessa problem lösas. Mycket bränsle kommer emellertid fortfarande att behövas, och fotonstjärnets startmassa är jämförbar med månens massa (enligt Konstantin Feoktistov).
Bryt ut segeln
Det mest populära och realistiska rymdskeppet idag betraktas som ett solsegelfartyg, vars idé tillhör den sovjetiska forskaren Friedrich Zander.
En sol (ljus, foton) segel är en enhet som använder solskentrycket eller en laser på en spegelyta för att driva ett rymdskepp.
1985 föreslog den amerikanska fysikern Robert Forward en design för en interstellär sond accelererad av energin från mikrovågsstrålning. Projektet förutsåg att sonden skulle nå de närmaste stjärnorna på 21 år.
Vid den internationella astronomiska kongressen XXXVI föreslogs ett projekt med ett laserstjärneskepp, vars rörelse tillhandahålls av energin från lasrar i det optiska området, som ligger i en bana kring Merkurius. Enligt beräkningar skulle vägen för ett rymdskepp av denna design till stjärnan epsilon Eridani (10,8 ljusår) och tillbaka ta 51 år.
”Det är osannolikt att vi, baserat på uppgifterna från resor i vårt solsystem, kommer att kunna göra stora framsteg när det gäller att förstå världen där vi lever. Naturligtvis vänder tanken sig till stjärnorna. Trots allt förstod man att flygningar nära jorden, flygningar till andra planeter i vårt solsystem inte är det ultimata målet. Att bana vägen till stjärnorna verkade som huvuduppgiften."
Dessa ord tillhör inte en science-fictionförfattare, utan till designaren av rymdskepp och kosmonaut Konstantin Feoktistov. Enligt forskaren kommer inget särskilt nytt i solsystemet att hittas. Och detta trots att personen hittills bara har nått månen …
Men utanför solsystemet kommer solljustrycket att närma sig noll. Därför finns det ett projekt för att sprida ett solsegelfartyg med laserinstallationer från någon asteroid.
Allt detta är fortfarande en teori, men de första stegen har redan tagits.
1993 distribuerades ett 20 meter brett solsegel först på det ryska Progress M-15-fartyget som en del av Znamya-2-projektet. När Progress anslutit sig till Mir-stationen installerade dess besättning en reflektorutplaceringsenhet ombord på Progress. Som ett resultat skapade reflektorn en ljus plats 5 km bred, som passerade genom Europa till Ryssland med en hastighet av 8 km / s. Ljusfläcken hade en ljusstyrka som ungefär motsvarar fullmånen.
Så, fördelen med en sol segelbåt är bristen på bränsle ombord, nackdelarna är sårbarheten med segelstrukturen: det är i själva verket en tunn folie sträckt över ramen. Var är garantin för att seglet inte får hål från kosmiska partiklar på vägen?
Seglingsalternativet kan vara lämpligt för att lansera robotprober, stationer och lastfartyg, men inte lämpligt för bemannade returflyg. Det finns andra rymdskeppsprojekt, men de liknar på ett eller annat sätt de som anges ovan (med samma storskaliga problem).
ÖVERRASKNINGAR I DET INTERSTELLA RUMMET
Det verkar som att många överraskningar väntar resenärer i universum. Till exempel började det amerikanska rymdskeppet Pioneer-10 knappt lutande sig från solsystemet och uppleva en kraft av okänt ursprung och orsakade svag retardation. Många antaganden har gjorts, fram till de ännu okända effekterna av tröghet eller till och med tid. Det finns fortfarande ingen entydig förklaring till detta fenomen; en rad hypoteser övervägs: från enkla tekniska (till exempel den reaktiva kraften från en gasläcka i apparaten) till införandet av nya fysiska lagar.
En annan anordning, Voyadger-1, registrerade ett område med ett starkt magnetfält på solsystemets gräns. I den tvingar trycket från laddade partiklar från det interstellära utrymmet fältet som skapas av solen att bli tätare. Enheten registrerades också:
en ökning av antalet högenergi-elektroner (cirka 100 gånger) som tränger in i solsystemet från det interstellära utrymmet;
en kraftig ökning av nivån av galaktiska kosmiska strålar - högenergi laddade partiklar av interstellärt ursprung.
Och detta är bara en droppe i havet! Det som är känt idag om det interstellära havet räcker emellertid för att sätta tvivel om själva möjligheten att surfa på universums enorma omfattning.
Utrymmet mellan stjärnorna är inte tomt. Det finns rester av gas, damm, partiklar överallt. När man försöker röra sig med en hastighet nära ljusets hastighet kommer varje atom som kolliderar med fartyget att vara som en partikel av kosmiska strålar med hög energi. Nivån på hård strålning under ett sådant bombardemang ökar oavsiktligt även när du flyger till närmaste stjärnor.
Och den mekaniska effekten av partiklar i sådana hastigheter är som explosiva kulor. Enligt vissa beräkningar avfyras varje centimeter av rymdskeppets sköld kontinuerligt med 12 omgångar per minut. Det är tydligt att ingen skärm tål en sådan påverkan under flera års flygning. Eller så måste den ha en oacceptabel tjocklek (tiotals och hundratals meter) och massa (hundratusentals ton).
Egentligen kommer rymdskeppet huvudsakligen att bestå av denna skärm och bränsle, vilket kommer att kräva flera miljoner ton. På grund av dessa omständigheter är flygningar med sådana hastigheter omöjliga, speciellt eftersom du på väg kan stöta på inte bara damm utan också något större eller fångas i ett okänt gravitationsfält. Och då är döden igen oundviklig. Således, om det är möjligt att påskynda rymdskeppet till subluminal hastighet, kommer det inte att nå det slutliga målet - det kommer att stöta på för många hinder på väg. Därför kan interstellära flygningar endast utföras med betydligt lägre hastigheter. Men då gör tidsfaktorn dessa flygningar meningslösa.
Det visar sig att det är omöjligt att lösa problemet med att transportera materialkroppar över galaktiska avstånd med hastigheter nära ljusets hastighet. Det är meningslöst att sprida sig genom rymden och tiden med en mekanisk struktur.
MOLE HOLE
Forskare, som försöker övervinna den oförlåtliga tiden, har uppfunnit hur man kan "gnaga hål" i rymden (och tiden) och "fälla" den. De uppfann en mängd olika hyperspace-hopp från en punkt i rymden till en annan och kringgå mellanliggande områden. Nu har forskare anslutit sig till science fiction-författare.
Fysiker började leta efter extrema materiella tillstånd och exotiska kryphål i universumet, där du kan röra dig med superluminal hastighet, i motsats till Einsteins relativitetsteori.
Så här skapades idén om ett maskhål. Detta hål samlar de två delarna av universum som en skärning genom en tunnel som förbinder två städer separerade av ett högt berg. Tyvärr är maskhål endast möjliga i ett absolut vakuum. I vårt universum är dessa hålor extremt instabila: de kan helt enkelt kollapsa innan ett rymdskepp kommer dit.
Effekten som upptäckts av holländaren Hendrik Casimir kan dock användas för att skapa stabila maskhål. Det består i den ömsesidiga attraktionen av att leda oladdade kroppar under påverkan av kvantoscillationer i ett vakuum. Det visar sig att vakuumet inte är helt tomt, det är föremål för fluktuationer i gravitationfältet, i vilket partiklar och mikroskopiska maskhål spontant dyker upp och försvinner.
Det återstår bara att hitta ett av hålen och sträcka det, placera det mellan två superledande bollar. En mun munhåls mun kommer att förbli på jorden, medan det andra rymdskeppet kommer att flytta med nära ljushastighet till stjärnan - det sista föremålet. Det vill säga att rymdskeppet som sagt kommer att genomborra en tunnel. När rymdskeppet når sin destination, kommer maskhålen att öppnas för riktigt blixt snabbt interstellärt resande, vars varaktighet kommer att beräknas i minuter.
BULL AV KURVATION
Akin till teorin om maskhål är bubbelkurvatur. 1994 utförde den mexikanska fysikern Miguel Alcubierre beräkningar enligt Einsteins ekvationer och fann den teoretiska möjligheten till vågformering av det rumsliga kontinuummet. I detta fall kommer rymden att krympa framför rymdskeppet och samtidigt expandera bakom det. Rymdskeppet är som sagt placerat i en krökningsbubbla och kan röra sig med obegränsad hastighet. Idéns geni är att rymdskeppet vilar i en bubbla av krökning, och relativitetslagarna inte kränks. I detta fall rör sig själva krökningsbubblan och lokalt snedvrider rymden.
Trots omöjligt att resa snabbare än ljus, hindrar ingenting rymden från att röra sig eller spridningen av deformation av rymdtid snabbare än ljus, vilket tros ha hänt omedelbart efter Big Bang under universums bildning.
Alla dessa idéer passar ännu inte in inom ramen för modern vetenskap, men 2012 meddelade NASA: s företrädare förberedelsen av ett experimentellt test av Dr. Alcubierres teori. Vem vet, kanske Einsteins relativitetsteori kommer en dag att bli en del av en ny global teori. När allt kommer omkring är kognitionsprocessen oändlig. Det betyder att vi en dag kommer att kunna bryta igenom törnen till stjärnorna.
Irina GROMOVA
