Tisíce sci-fi románů popisují obří fotonové hvězdné lodě velikosti malého (nebo velkého) města, které odjíždějí na mezihvězdný let z oběžné dráhy naší planety (méně často z povrchu Země). Jenže podle autorů projektu Breakthrough Starshot se vše odehraje úplně jinak: v jeden významný den nějakého roku dva tisíce, ne jedna nebo dvě, ale stovky a tisíce malých vesmírných lodí o velikosti nehtu na jednom z nejbližší hvězdy, Alpha Centauri a vážící 1 g a každá z nich bude mít nejtenčí sluneční plachtu o ploše 16 m 2 , která unese vesmírnou loď stále větší rychlostí vpřed - ke hvězdám.

Lanoví. Pro zachování tvaru plachty se plánuje její vyztužení grafenem. Některé kompozitní materiály na bázi grafenu se mohou stahovat pod aplikovaným elektrickým napětím pro aktivní ovládání. Pro stabilizaci lze plachtu rozkroutit nebo vytvarovat do obráceného kužele pro pasivní autostabilizaci v poli laserového záření. Sluneční plachta. Jedním z hlavních prvků projektu je solární plachta o ploše 16 m² a hmotnosti pouze 1 g. Materiál plachty jsou vícevrstvá dielektrická zrcadla, která odrážejí 99,999 % dopadajícího světla (podle předběžných výpočtů). by mělo stačit k tomu, aby se plachta neroztavila v 100 GW radiačním poli laseru). Slibnějším přístupem, který umožňuje zmenšit tloušťku plachty, než je vlnová délka odraženého světla, je použít jako základ plachty monovrstvu metamateriálu s negativním indexem lomu (takový materiál má také nanoperforaci, což dále snižuje jeho hmotnost). Druhou možností je použít materiál ne s vysokým koeficientem odrazu, ale s nízkým koeficientem absorpce (10−9), jako jsou optické materiály pro světlovody.

„Výstřel ke hvězdám“

Projekt Breakthrough Starshot byl založen na článku profesora fyziky UC Santa Barbara Philipa Lubina „A Roadmap to Interstellar Flight“. Hlavním deklarovaným cílem projektu je umožnit mezihvězdné lety během života další generace lidí, tedy ne ve staletích, ale v desetiletích.

Plán letu

1. Raketa vynese na nízkou oběžnou dráhu Země mateřskou loď obsahující desítky, stovky, tisíce nebo desítky tisíc sond. 2. Sondy opustí mateřskou loď, rozvinou plachty, zorientují se a zaujmou výchozí pozici. 3. Na Zemi začíná fungovat sfázované pole o rozměrech 1 x 1 km 20 milionů malých (s aperturou 20−25 cm) laserových zářičů, které zaostřují laserový paprsek na povrch plachty. 4. Pro kompenzaci atmosférických zkreslení se používají podpůrné bóje - „umělé hvězdy“ v horních vrstvách atmosféry na mateřské lodi a také odražený signál od plachty. 5. Sonda je urychlena laserovým paprskem během několika minut na 20 % rychlosti světla a zrychlení dosahuje 30 000 g. Během letu, který bude trvat asi 20 let, laser periodicky sleduje polohu sondy. 6. Po příletu k cíli, v systému Alpha Centauri, se sondy snaží detekovat planety a vyfotit je během jejich průletu. 7. Pomocí plachty jako Fresnelovy čočky a laserové diody jako vysílače se sonda zorientuje a přijatá data vysílá směrem k Zemi. 8. Po pěti letech jsou tato data přijata na Zemi.

Bezprostředně po oficiálním oznámení programu Starshot zasáhla autory projektu vlna kritiky ze strany vědců a technických specialistů z různých oborů. Kritici odborníci zaznamenali řadu nesprávných hodnocení a jednoduše „prázdných míst“ v plánu programu. Některé připomínky byly zohledněny a letový plán byl v první iteraci mírně upraven.

Mezihvězdná sonda tedy bude vesmírná plachetnice s elektronickým modulem StarChip o váze 1 g, připojená pevnými popruhy k solární plachtě o ploše 16 m 2, tloušťce 100 nm a hmotnosti 1 g. Světlo našeho Slunce samozřejmě nestačí ani takovou světelnou strukturu urychlit na rychlosti, při kterých mezihvězdné cestování nevydrží po tisíciletí. Hlavním vrcholem projektu StarShot je proto akcelerace pomocí výkonného laserového záření, které je zaměřeno na plachtu. Lubin odhaduje, že při výkonu laserového paprsku 50-100 GW bude zrychlení asi 30 000 g a za pár minut sonda dosáhne rychlosti 20 % světla. Let do Alpha Centauri bude trvat asi 20 let.

Pod hvězdnými plachtami

Jedním z klíčových detailů projektu je solární plachta. V původní verzi byla plocha plachty zpočátku jen 1 m 2 a kvůli tomu nevydržela zahřívání při zrychlení v poli laserového záření. Nová verze používá plachtu o ploše 16 m2, takže tepelný režim je sice dost drsný, ale podle předběžných odhadů by neměl plachtu roztavit ani zničit. Jak píše sám Philip Lubin, jako základ plachty se plánuje použít nikoli pokovené povlaky, ale zcela dielektrická vícevrstvá zrcadla: „Takové materiály se vyznačují mírným koeficientem odrazu a extrémně nízkou absorpcí. Řekněme, že optická skla pro vláknovou optiku jsou navržena pro vysoké světelné toky a mají absorpci asi dvaceti biliontin na 1 mikron tloušťky. Není snadné dosáhnout dobrého koeficientu odrazu z dielektrika s tloušťkou plachty 100 nm, což je mnohem menší než vlnová délka. Autoři projektu však doufají v použití nových přístupů, jako jsou monovrstvy metamateriálu s negativním indexem lomu. „Musíte také vzít v úvahu, že odraz od dielektrických zrcadel je naladěn na úzký rozsah vlnových délek, a jak se sonda zrychluje, Dopplerův jev posune vlnovou délku o více než 20 %,“ říká Lubin. "Vzali jsme to v úvahu, takže reflektor bude nastaven na přibližně dvacet procent šířky radiačního pásma." Navrhli jsme takové reflektory. V případě potřeby jsou k dispozici také reflektory s větší šířkou pásma.

Yuri Milner, ruský podnikatel a filantrop, zakladatel nadace Breakthrough Initiatives: Za posledních 15 let došlo k významnému, dalo by se říci, revolučnímu pokroku ve třech technologických oblastech: miniaturizace elektronických součástek, vytvoření nové generace materiálů, a také snížení nákladů a zvýšení výkonu laseru. Kombinace těchto tří trendů vede k teoretické možnosti urychlení nanosatelitu na téměř relativistické rychlosti. V první fázi (5–10 let) plánujeme provést hlubší vědeckou a inženýrskou studii, abychom pochopili, jak je tento projekt proveditelný. Na stránkách projektu je seznam asi 20 závažných technických problémů, bez jejichž vyřešení se nepohneme dál. Toto není definitivní výčet, ale na základě stanoviska vědecké rady se domníváme, že první etapa projektu má dostatečnou motivaci. Vím, že projekt hvězdné plachty je předmětem vážné kritiky ze strany odborníků, ale myslím si, že pozice některých kritických odborníků je spojena s ne zcela přesným pochopením toho, co skutečně navrhujeme. Nefinancujeme let k jiné hvězdě, ale spíše realistický víceúčelový vývoj související s myšlenkou mezihvězdné sondy pouze v obecném směru. Tyto technologie budou využívány jak pro lety ve sluneční soustavě, tak pro ochranu před nebezpečnými asteroidy. Ale stanovení tak ambiciózního strategického cíle, jakým je mezihvězdný let, se zdá být oprávněné v tom smyslu, že vývoj technologií za posledních 10-20 let pravděpodobně nečiní realizaci takového projektu otázkou staletí, jak mnozí předpokládali, ale spíše desetiletí.

Laserový stroj

Hlavní elektrárna hvězdné lodi nebude létat ke hvězdám - bude umístěna na Zemi. Jedná se o pozemní fázované pole laserových zářičů o rozměrech 1x1 km. Celkový výkon laseru by měl být od 50 do 100 GW (to odpovídá výkonu 10−20 vodních elektráren Krasnojarsk). Předpokládá se, že pomocí fázování (tedy změny fází na každém jednotlivém zářiči) zaostří záření o vlnové délce 1,06 μm z celé mřížky do místa o průměru několika metrů na vzdálenosti až mnoha milionů kilometrů (tzv. maximální přesnost zaostření je 10−9 radiánů). Takovému zaostřování však značně brání turbulentní atmosféra, která rozostřuje paprsek do bodu o velikosti přibližně úhlové vteřiny (10−5 radiánů). Očekává se, že zlepšení o čtyři řády bude dosaženo pomocí adaptivní optiky (AO), která bude kompenzovat atmosférické zkreslení. Nejlepší systémy adaptivní optiky v moderních dalekohledech snižují rozmazání na 30 miliarcsekund, což znamená, že k zamýšlenému cíli zbývá ještě asi dva a půl řádu.

Philip Lubin ve svém článku poskytuje číselné odhady bodů plánu, ale mnoho vědců a specialistů je k těmto údajům velmi kritických. Vývoj tak ambiciózního projektu, jakým je Breakthrough Starshot, samozřejmě vyžaduje roky práce a 100 milionů dolarů není za práci takového rozsahu tak velká suma. To platí zejména pro pozemní infrastrukturu – fázové pole laserových zářičů. Instalace takové kapacity (50-100 GW) bude vyžadovat obrovské množství energie, to znamená, že v blízkosti bude třeba postavit nejméně tucet velkých elektráren. Kromě toho bude nutné během několika minut odstranit obrovské množství tepla z emitorů a jak to udělat, je stále zcela nejasné. Takových nezodpovězených otázek je v projektu Breakthrough Starshot obrovské množství, ale zatím práce teprve začaly. „Vědecká rada našeho projektu zahrnuje přední odborníky, vědce a inženýry v různých relevantních oblastech, včetně dvou laureátů Nobelovy ceny,“ říká Yuri Milner. „A slyšel jsem velmi vyvážená hodnocení proveditelnosti tohoto projektu. Určitě se přitom opíráme o spojenou odbornost všech členů naší vědecké rady, ale zároveň jsme otevřeni širší vědecké diskusi.“

„Abychom překonali malé atmosférické turbulence, musíme fázované pole rozložit na velmi malé prvky, velikost emitujícího prvku pro naši vlnovou délku by neměla být větší než 20–25 cm,“ vysvětluje Philip Lubin. — To je nejméně 20 milionů emitorů, ale takové číslo mě neděsí. Pro zpětnou vazbu v systému AO plánujeme využít mnoho referenčních zdrojů – majáků – jak na sondě, na mateřské lodi, tak v atmosféře. Kromě toho budeme sondu sledovat na cestě k cíli. Chceme také použít hvězdy jako bóji k úpravě fázování pole při příjmu signálu ze sondy po příjezdu, ale pro jistotu budeme sondu sledovat.“

Příchod

Pak ale sonda dorazila do systému Alpha Centauri, vyfotografovala okolí systému a planetu (pokud tam nějaké jsou). Tyto informace se musí nějak přenést na Zemi a výkon laserového vysílače sondy je omezen na pár wattů. A po pěti letech musí být tento slabý signál přijat na Zemi a izolovat hvězdy od záření v pozadí. Podle autorů projektu sonda manévruje u cíle tak, že se plachta promění ve Fresnelovu čočku, zaostřující signál sondy ve směru k Zemi. Odhaduje se, že ideální čočka s ideálním zaostřením a ideální orientací zesiluje 1W signál na izotropní ekvivalent 1013W. Jak ale můžeme tento signál uvažovat na pozadí mnohem silnějšího (o 13−14 řádů!) záření hvězdy? "Světlo z hvězdy je ve skutečnosti docela slabé, protože šířka čáry našeho laseru je velmi malá." Úzká linie je klíčem ke snížení pozadí, říká Lubin. „Myšlenka vyrobit Fresnelovu čočku z plachty na základě tenkovrstvého difrakčního prvku je poměrně složitá a vyžaduje hodně předběžné práce, abychom přesně pochopili, jak to nejlépe udělat. Tento bod je vlastně jedním z hlavních bodů našeho projektového plánu.“

Na druhou stranu, sfázované pole optických emitorů/přijímačů záření s celkovou aperturou kilometru je přístroj schopný vidět exoplanety ze vzdáleností desítek parseků. Pomocí laditelných přijímačů vlnových délek lze určit složení atmosféry exoplanet. Jsou v tomto případě vůbec potřeba sondy? „Určitě, použití sfázovaného pole jako velmi velkého dalekohledu otevírá nové možnosti v astronomii. "Ale," dodává Lubin, "plánujeme přidat k sondě infračervený spektrometr jako dlouhodobý program kromě kamery a dalších senzorů." V UC Santa Barbara máme skvělou skupinu fotoniky, která je součástí spolupráce.“

V každém případě ale podle Lubina budou první lety uskutečněny v rámci sluneční soustavy: „Protože můžeme vyslat obrovské množství sond, dává nám to mnoho různých možností. Můžeme také posílat podobné malé (wafer-scale, to znamená na čipu) sondy na konvenčních raketách a používat stejné technologie ke studiu Země nebo planet a jejich satelitů ve sluneční soustavě.“

Redakce děkuje deníku „Trinity Variant - Science“ a jeho šéfredaktorovi Borisi Sternovi za pomoc při přípravě článku.

Náš čtenář Nikita Ageev se ptá: jaký je hlavní problém mezihvězdného cestování? Odpověď, jako je , bude vyžadovat dlouhý článek, i když na otázku lze odpovědět jediným symbolem: C .

Rychlost světla ve vakuu, c, je přibližně tři sta tisíc kilometrů za sekundu a není možné ji překročit. Proto je nemožné dosáhnout ke hvězdám rychleji než za pár let (světlo cestuje 4,243 let do Proximy Centauri, takže kosmická loď nemůže přiletět ještě rychleji). Pokud sečtete čas pro zrychlení a zpomalení se zrychlením víceméně přijatelným pro člověka, dostanete se k nejbližší hvězdě asi deset let.

Jaké jsou podmínky pro létání?

A toto období je již samo o sobě významnou překážkou, i když pomineme otázku „jak zrychlit na rychlost blízkou rychlosti světla“. Nyní neexistují žádné vesmírné lodě, které by posádce umožnily tak dlouho autonomně žít ve vesmíru – astronautům jsou neustále přiváženy čerstvé zásoby ze Země. Obvykle rozhovory o problémech mezihvězdného cestování začínají zásadnějšími otázkami, ale začneme s čistě aplikovanými problémy.

Ani půl století po Gagarinově letu nebyli inženýři schopni vytvořit pračku a dostatečně praktickou sprchu pro kosmické lodě a záchody určené pro stav beztíže se na ISS rozpadly se záviděníhodnou pravidelností. Let alespoň na Mars (22 světelných minut místo 4 světelných let) už představuje pro instalatérské projektanty netriviální úkol: pro cestu ke hvězdám tedy bude nutné vymyslet alespoň vesmírnou toaletu s dvacetiletou záruka a stejná pračka.

Vodu na mytí, mytí a pití si také budete muset vzít s sebou nebo znovu použít. Stejně jako vzduch a potraviny je také třeba skladovat nebo pěstovat na palubě. Experimenty na vytvoření uzavřeného ekosystému na Zemi již byly provedeny, ale jejich podmínky byly stále velmi odlišné od těch vesmírných, alespoň v přítomnosti gravitace. Lidstvo ví, jak proměnit obsah komorového hrnce na čistou pitnou vodu, ale v tomto případě je nutné to umět v nulové gravitaci, naprosto spolehlivě a bez náklaďáku spotřebního materiálu: odvézt kamion filtračních vložek do hvězdy jsou příliš drahé.

Praní ponožek a ochrana před střevními infekcemi se může zdát jako příliš banální, „nefyzická“ omezení mezihvězdných letů – každý zkušený cestovatel však potvrdí, že „maličkosti“ jako nepohodlné boty nebo žaludeční nevolnost z neznámého jídla na autonomní výpravě mohou zatočit do ohrožení života.

Řešení i základních každodenních problémů vyžaduje stejně seriózní technologickou základnu jako vývoj zásadně nových vesmírných motorů. Pokud na Zemi lze opotřebované těsnění v nádržce toalety koupit v nejbližším obchodě za dva rubly, pak na marťanské lodi je nutné poskytnout buď rezervu každý podobných dílů, nebo trojrozměrná tiskárna pro výrobu náhradních dílů z univerzálních plastových surovin.

V americkém námořnictvu v roce 2013 vážně zahájil 3D tisk poté, co jsme zhodnotili čas a peníze vynaložené na opravy vojenské techniky tradičními metodami v terénu. Armáda usoudila, že tisk nějakého vzácného těsnění pro součást vrtulníku, která byla před deseti lety ukončena, je snazší než objednat součást ze skladu na jiném kontinentu.

Jeden z Koroljových nejbližších spolupracovníků, Boris Čertok, napsal ve svých pamětech „Rakety a lidé“, že v určitém okamžiku sovětský vesmírný program čelil nedostatku zásuvkových kontaktů. Spolehlivé konektory pro vícežilové kabely musely být vyvinuty samostatně.

Kromě náhradních dílů na vybavení, jídlo, vodu a vzduch budou astronauti potřebovat energii. Motor a palubní zařízení budou potřebovat energii, takže problém výkonného a spolehlivého zdroje bude nutné řešit samostatně. Solární baterie nejsou vhodné, už jen kvůli vzdálenosti od hvězd za letu, radioizotopové generátory (napájejí Voyagery a New Horizons) neposkytují energii potřebnou pro velkou kosmickou loď s lidskou posádkou a ještě se nenaučili, jak zapnout - rozvinuté jaderné reaktory pro vesmír.

Sovětský družicový program s jaderným pohonem byl poznamenán mezinárodním skandálem po havárii Cosmos 954 v Kanadě a také řadou neúspěchů s méně dramatickými následky; podobná práce ve Spojených státech byla zastavena ještě dříve. Nyní mají Rosatom a Roskosmos v úmyslu vytvořit vesmírnou jadernou elektrárnu, ale stále se jedná o zařízení pro lety na krátké vzdálenosti, nikoli o mnohaletou cestu do jiného hvězdného systému.

Možná místo jaderného reaktoru budou budoucí mezihvězdné lodě používat tokamaky. O tom, jak těžké je alespoň správně určit parametry termonukleárního plazmatu, letos v létě na MIPT. Mimochodem, projekt ITER na Zemi úspěšně postupuje: i ti, kteří dnes vstoupili do prvního ročníku, mají šanci zapojit se do práce na prvním experimentálním termonukleárním reaktoru s pozitivní energetickou bilancí.

Co letět?

Konvenční raketové motory nejsou vhodné pro zrychlování a zpomalování mezihvězdné lodi. Ti, kteří jsou obeznámeni s kurzem mechaniky vyučovaným na MIPT v prvním semestru, si mohou nezávisle spočítat, kolik paliva bude raketa potřebovat k dosažení alespoň sta tisíc kilometrů za sekundu. Pro ty, kteří ještě neznají Tsiolkovského rovnici, okamžitě oznámíme výsledek - hmotnost palivových nádrží se ukazuje být výrazně vyšší než hmotnost Sluneční soustavy.

Zásobu paliva lze snížit zvýšením rychlosti, kterou motor vydává pracovní tekutinu, plyn, plazmu nebo něco jiného, ​​až na svazek elementárních částic. V současné době se plazmové a iontové motory aktivně využívají pro lety automatických meziplanetárních stanic v rámci Sluneční soustavy nebo pro korekci dráhy geostacionárních družic, mají však řadu dalších nevýhod. Zejména všechny takové motory poskytují příliš malý tah, ale ještě nemohou udělit lodi zrychlení několika metrů za sekundu na druhou.

Prorektor MIPT Oleg Gorshkov patří mezi uznávané odborníky v oblasti plazmových motorů. Motory řady SPD jsou vyráběny ve Fakel Design Bureau, jedná se o sériové produkty pro korekci dráhy komunikačních satelitů.

V 50. letech byl vyvinut projekt motoru, který by využíval impulsu jaderného výbuchu (projekt Orion), ale zdaleka se nestal hotovým řešením pro mezihvězdné lety. Ještě méně rozvinutá je konstrukce motoru, který využívá magnetohydrodynamický efekt, tedy zrychluje díky interakci s mezihvězdným plazmatem. Teoreticky by kosmická loď mohla „nasát“ plazmu dovnitř a vyhodit ji zpět, aby vytvořila proudový tah, ale to představuje další problém.

Jak přežít?

Mezihvězdné plazma jsou primárně protony a jádra helia, vezmeme-li v úvahu těžké částice. Při pohybu rychlostí řádově stovek tisíc kilometrů za sekundu získávají všechny tyto částice energii megaelektronvoltů nebo dokonce desítek megaelektronvoltů – stejné množství jako produkty jaderných reakcí. Hustota mezihvězdného prostředí je asi sto tisíc iontů na metr krychlový, což znamená, že za sekundu přijme čtvereční metr trupu lodi asi 10 13 protonů s energiemi desítek MeV.

Jeden elektronvolt, eV,― To je energie, kterou elektron získá při přeletu od jedné elektrody ke druhé s rozdílem potenciálu jeden volt. Tuto energii mají světelná kvanta a ultrafialová kvanta s vyšší energií jsou již schopna poškodit molekuly DNA. Záření nebo částice s energiemi megaelektronvoltů doprovázejí jaderné reakce a navíc jsou samy schopny je vyvolat.

Takové ozáření odpovídá absorbované energii (za předpokladu, že veškerá energie je absorbována kůží) v řádu desítek joulů. Navíc tato energie nepřijde jen ve formě tepla, ale může být částečně využita k zahájení jaderných reakcí v materiálu lodi s tvorbou izotopů s krátkou životností: jinými slovy, výstelka se stane radioaktivní.

Některé dopadající protony a jádra helia mohou být vychýleny magnetickým polem indukovaným zářením a sekundární záření může být chráněno složitým obalem mnoha vrstev, ale ani tyto problémy zatím nemají řešení. Kromě toho se zásadní potíže ve formě „který materiál bude nejméně zničen ozářením“ ve fázi údržby lodi za letu změní v konkrétní problémy – „jak odšroubovat čtyři 25 šrouby v prostoru s pozadím padesáti milisievertů na hodina."

Připomeňme, že při poslední opravě Hubbleova teleskopu se astronautům zpočátku nepodařilo odšroubovat čtyři šrouby, které zajišťovaly jednu z kamer. Po konzultaci se Zemí vyměnili klíč omezující točivý moment za běžný a použili hrubou sílu. Šrouby se posunuly z místa, kamera byla úspěšně vyměněna. Pokud by byl zaseknutý šroub odstraněn, druhá expedice by stála půl miliardy amerických dolarů. Nebo by se to vůbec nestalo.

Existují nějaká řešení?

Ve sci-fi (často více fantasy než vědě) se mezihvězdné cestování uskutečňuje prostřednictvím „subprostorových tunelů“. Formálně něco podobného umožňují Einsteinovy ​​rovnice, které popisují geometrii časoprostoru v závislosti na hmotě a energii distribuované v tomto časoprostoru – jen odhadované náklady na energii jsou ještě depresivnější než odhady množství raketového paliva let do Proximy Centauri. Nejen, že potřebujete hodně energie, ale také hustota energie musí být záporná.

Otázka, zda je možné vytvořit stabilní, velkou a energeticky možnou „červí díru“, souvisí se základními otázkami o struktuře vesmíru jako celku. Jedním z nevyřešených problémů ve fyzice je absence gravitace v takzvaném standardním modelu, teorii, která popisuje chování elementárních částic a tři ze čtyř základních fyzikálních interakcí. Naprostá většina fyziků je dosti skeptická, že v kvantové teorii gravitace bude místo pro mezihvězdné „skoky hyperprostorem“, ale přísně vzato, nikdo nezakazuje hledat řešení pro lety ke hvězdám.

„Technologie pro mládež“ 1991 č. 10, s. 18-19

Vladimír ATSYUKOVSKIJ,
kandidát technických věd,
Žukovskij, Moskevská oblast.

Je možné mezihvězdné cestování?

Tisk byl zavalen vlnou zpráv o UFO. Očití svědci tvrdí, že viděli UFO, které bylo zjevně vytvořeno člověkem. Nepochybují o tom, že pozorovali vesmírné lodě mimozemských civilizací. Naše vědomí to však odmítá akceptovat: pro planety sluneční soustavy je přítomnost jiných civilizací než Země téměř nemožná, protože na nich, alespoň na jejich povrchu, nejsou podmínky pro život. Možná pod povrchem? Nepravděpodobné, i když...

A na planetách jiných systémů může být život, ale je od nich velmi daleko: nejbližších 28 hvězd se nachází v rozmezí od 4 (nejbližší Centauri) do 13 světelných let (Kapteynova hvězda). Hvězdy jako Sirius A a B, Procyon A a B, Tau Ceti se nacházejí v tomto intervalu. Ne blízko! Pokud lodě létají tam a zpět rychlostí světla, pak jim to bude trvat 8 až 26 let v obou směrech, a to jen pro nejbližší hvězdy. Nepočítaje čas na zrychlení a zpomalení. To je stěží vhodné, což znamená, že musíte létat rychleji než světlo.

No, odhadněme, jak dlouho bude trvat akcelerace na takové rychlosti (a brzdění). Pro přehlednost jsou výsledky shrnuty v tabulce, ze které můžete okamžitě zjistit čas potřebný k dosažení konkrétní rychlosti při konkrétním zrychlení. Ukazuje se, že pokud předpokládáme, že přípustná doba trvání jednosměrné cesty bude rovna jednomu měsíci, pak musíte letět rychlostí řádově mnoha desítek rychlostí světla a zrychlit (a zpomalit) s zrychlení mnoha stovek pozemských zrychlení. Hmmm!.. A k tomu všemu ještě potřebujeme někde nabrat energii! Člověk si nevyhnutelně klade otázku: jsou mezihvězdné lety vůbec proveditelné? Odkud se ale potom UFO berou? Navíc se chovají vyzývavě: náhle zmizí, manévrují v pravém úhlu, něco vydávají... Co když...

Koneckonců, co vlastně potřebujeme? Stačí odpovědět na tři otázky:

1. Je v principu možné letět rychlostí přesahující rychlost světla? (Ve škole mě učili, že je to zakázáno.)

2. Je možné silně zrychlit bez zničení těla? (Podle moderních koncepcí je maximální přípustné již 10násobné přetížení.)

3. Je možné získat energii pro zrychlení a brzdění? (Výpočty ukazují, že k tomu žádná termojaderná energie nestačí.)

Kupodivu na všechny otázky, navzdory skeptickým poznámkám v závorkách, už dnes mají kladné odpovědi. Je nemožné létat rychlostí přesahující rychlost světla jen kvůli zákazu A. Einsteina. Ale proč je proboha jeho teorie relativity povýšena na úroveň absolutní pravdy? Ostatně pochází z postulátů, tedy z autorových vynálezů, které samy o sobě vycházejí z falešných premis. Například v roce 1887 byl ve slavném Michelsonově experimentu objeven éterický vítr, i když se ukázalo, že jeho velikost byla menší, než se očekávalo (tehdy nebyl pojem hraniční vrstvy znám). Co se stalo? Na jedné straně SRT - speciální teorie relativity - nemůže existovat, pokud existuje éter. Na druhou stranu GTR - obecná teorie relativity - jak sám Einstein napsal v článcích „O éteru“ a „Éter a teorie relativity“, vždy přítomnost éteru předpokládá. Jak tomuto rozporu rozumět?

Můj kritický přehled všech hlavních experimentů na SRT a GTR (viz „Logické a experimentální základy teorie relativity. Analytický přehled.“ M., MPI, 1990, 56 s.) ukázal, že mezi nimi nejsou žádné jednoznačně potvrzující toto teorie! Proto se zde dá slevit a nebrat v úvahu. Navíc P. Laplace také zjistil, že rychlost šíření gravitačních poruch není méně než 50 milionůkrát vyšší než rychlost světla, a celá zkušenost nebeské mechaniky, která pracuje výhradně se statickými vzorci, které předpokládají nekonečně velkou rychlost šíření gravitace, to potvrzuje. Zkrátka zákaz podsvětelných rychlostí neexistuje, šlo o planý poplach.

Přejděme k druhé otázce. Uvažujme, jak astronaut zrychluje? Raketové plyny tlačí na stěnu spalovací komory, která tlačí na raketu, raketa tlačí na opěradlo židle a opěradlo na ni. A tělo, celá hmota astronauta, který se snaží zůstat v klidu, je zdeformován a pod silnými vlivy se může zhroutit. Pokud by ale tentýž astronaut spadl v gravitačním poli nějaké hvězdy, pak by sice zrychlil mnohem rychleji, ale nezaznamenal by vůbec žádnou deformaci, protože všechny prvky jeho těla jsou urychlovány současně a stejně. Totéž se stane, když fouknete éterem na astronauta. V tomto případě proudění éteru - skutečného viskózního plynu - urychlí každý proton a astronauta jako celek, aniž by došlo k deformaci těla (vzpomeňte si na sci-fi román A. Belyaeva „Ariel“). Kromě toho může mít zrychlení libovolnou hodnotu, pokud je proudění rovnoměrné. Takže i zde jsou příležitosti.

A nakonec, kde berete energii? Podle mých údajů (viz „Obecná dynamika éteru. Modelování struktur hmoty a polí na základě představ o éteru podobném plynu.“ M., Energoatomizdat, 1990, 280 stran) je éter skutečný plyn jemné struktury, stlačitelný a viskózní. Je pravda, že jeho viskozita je poměrně malá, a to nemá prakticky žádný vliv na zpomalení planet, ale při vysokých rychlostech hraje velmi znatelnou roli. Tlak éteru je obrovský, více než 2 x 10 v 29 atm (2 x 10 v 32 N/m2), hustota - 8,85 x 10 in - 12 kg/kubický. m (v blízkém prostoru Země). A jak se ukázalo, existuje v něm přirozený proces, který nám může dodat neomezené množství energie v jakémkoli bodě prostoru v porcích libovolné velikosti... Mluvíme o vírech.

Kde berou běžná tornáda kinetickou energii? Vzniká samovolně z potenciální energie atmosféry. A poznámka: pokud to druhé prakticky nelze použít, pak to první lze použít například tak, že přinutíte tornádo k otáčení turbíny. Každý ví, že tornádo připomíná kmen - silnější na základně. Analýza této okolnosti ukázala, že je stlačena atmosférickým tlakem. Vnější tlak způsobuje, že se částice plynu v těle tornáda během procesu komprese pohybují ve spirále. Rozdíl tlakových sil - vnější a vnitřní (plus odstředivá síla) dává průmět výsledné síly na dráhu částic plynu (obr. 1) a způsobuje jejich zrychlení v těle tornáda. Stává se tenčí a rychlost pohybu jeho stěny se zvyšuje. V tomto případě platí zákon zachování momentu hybnosti mrv = const a čím je tornádo stlačenější, tím větší je rychlost pohybu. Na každé tornádo tedy působí celá atmosféra planety; Jeho energie je založena na hustotě vzduchu rovné 1 kg / metr krychlový. m, a tlak rovný 1 atm (10 v 5 N/m2). A v éteru je hustota o 11 řádů menší, ale tlak je o 29 (!) řádů vyšší. A éter má také svůj mechanismus schopný dodávat energii. Tohle je BL, kulový blesk.

Éterově dynamický model BL je jediný (!) schopný vysvětlit všechny jeho rysy v úplnosti. A co dnes chybí k získávání ekologicky šetrné energie z éteru, je naučit se vytvářet umělé CMM. Samozřejmě poté, co se naučíme, jak vytvořit podmínky pro tvorbu víru v éteru. Ale nejenže nevíme, jak to udělat, ale ani nevíme, jakým způsobem k tomu přistupovat. Extrémně tvrdý oříšek! Jedna věc je povzbudivá: vždyť příroda je nějak dokáže vytvořit, tyto CMM! A pokud ano, tak to snad jednou zvládneme i my. A pak nebudou potřeba všemožné jaderné elektrárny, vodní elektrárny, tepelné elektrárny, tepelné elektrárny, větrné elektrárny, solární elektrárny a další elektrárny. S jakýmkoli požadovaným množstvím energie na jakémkoli místě bude lidstvo přistupovat k řešení problémů životního prostředí zcela jiným způsobem. Samozřejmě za podmínky, že bude muset na své planetě žít v míru, a co sakra, nebude zničena jen jeho rodná Země, ale i celá sluneční soustava! Vidíte, s energií lze problém vyřešit. Zároveň si dejte pozor na důležitý detail – s touto metodou nebude potřeba zrychlovat a zpomalovat hmotu paliva, která nyní z velké části určuje hmotnost lodi.

No a co samotná mezihvězdná loď, jak by měla být navržena? Ano, alespoň v podobě již známého „létajícího talíře“. (Obr. 2.) V jeho přední části jsou dva „přívody éteru“, které absorbují éter z okolního prostoru. Za nimi jsou komory pro vytváření vírů, ve kterých proudí éter víří a samo se zhutňuje. Dále podél vírových kanálů jsou éterická tornáda dopravována do anihilační komory, kde se (stejnými šroubovými pohyby, ale namířenými v opačném směru; navzájem anihilují pluhem. Zhuštěný éter již není zadržován mezní vrstvou a exploduje, rozptyluje se na všechny strany. Tryskový proud je vržen dozadu a dopředu - proud, který zachycuje celou loď a tělo astronauta, který se zrychluje bez deformace a loď letí před světlem, v běžném euklidovském prostoru a v běžném čase ...

Ale co paradoxy dvojčat, přibývající hmoty a ubývající délky? Ale v žádném případě. Postuláty – jsou to postuláty – svobodné vynálezy, plody svobodné představivosti. A musí být smeteny stranou spolu s „teorií“, která je zrodila. Neboť pokud nadešel čas, aby lidstvo vyřešilo aplikované problémy, pak by to neměly zastavit žádné nafoukané autority se svými spekulativními bariérami, které přišly odnikud.

Poznámka: Uvedené knihy lze objednat na adrese: 140160, Žukovskij, Moskevská oblast, PO Box 285.

Jen v naší Galaxii jsou vzdálenosti mezi hvězdnými systémy nepředstavitelně obrovské. Pokud mimozemšťané z vesmíru opravdu navštíví Zemi, úroveň jejich technického rozvoje by měla být stokrát vyšší než současná úroveň naší na zemi.

Několik světelných let daleko

K označení vzdáleností mezi hvězdami zavedli astronomové pojem „světelný rok“. Rychlost světla je nejvyšší ve vesmíru: 300 000 km/s!

Šířka naší Galaxie je 100 000 světelných let. Aby mimozemšťané z jiných planet překonali tak obrovskou vzdálenost, potřebují postavit vesmírnou loď, jejíž rychlost se rovná rychlosti světla nebo ji dokonce převyšuje.

Vědci se domnívají, že hmotný objekt se nemůže pohybovat rychleji, než je rychlost světla. Dříve však věřili, že je nemožné vyvinout nadzvukovou rychlost, ale v roce 1947 model letadla Bell X-1 úspěšně prolomil zvukovou bariéru.

Možná v budoucnu, až lidstvo nashromáždí více znalostí o fyzikálních zákonech Vesmíru, budou pozemšťané schopni postavit vesmírnou loď, která se bude pohybovat rychlostí světla a ještě rychleji.

Skvělé cesty

I když jsou mimozemšťané schopni cestovat vesmírem rychlostí světla, taková cesta by trvala mnoho let. Pro pozemšťany, jejichž průměrná délka života je 80 let, by to bylo nemožné. Každý druh živých věcí má však svůj vlastní životní cyklus. Například v Kalifornii v USA žijí borovice štětinové, které jsou již 5000 let staré.

Kdo ví, kolik let žijí mimozemšťané? Možná několik tisíc? Běžné jsou pak pro ně mezihvězdné lety trvající stovky let.

Nejkratší cesty

Je pravděpodobné, že mimozemšťané našli zkratky ve vesmíru – gravitační „díry“, neboli deformace prostoru tvořené gravitací. Taková místa ve Vesmíru by se mohla stát jakýmisi mosty – nejkratšími cestami mezi nebeskými tělesy umístěnými na různých koncích Vesmíru.

Během minulého století vyšly desítky tisíc publikací o problémech mezihvězdného cestování (IF). V posledních desetiletích tento soubor myšlenek a úvah rychle roste díky internetovým zdrojům.

Nedávno začaly velké integrované výzkumné projekty: Icarus (BIS a Tau Zero Foundation) a 100-Year Starship (DARPA).

Navíc existuje obrovské množství informací o práci, která není přímo zaměřena na řešení problému MP, ale souvisí s jeho jednotlivými aspekty nebo je k jeho řešení nezbytná. Například práce na termojaderné fúzi, uzavřených systémech podpory života, hledání a výzkumu exoplanet.

Vyvstává úkol vyvinout metodologii pro práci s existující řadou informací a přístupů k posuzování problematiky MP. Řešení tohoto problému vyžaduje zvážení celé škály problémů MP jako objektu výzkumu.

Je navrženo několik klasifikací projektů MP. Jsou vyrobeny z různých důvodů, aby vyřešily řadu problémů. Zejména se jedná o klasifikace podle úrovně proveditelnosti projektu a podle schematických schémat pohonných systémů.

Jsou navrženy a zdůvodněny principy, které mohou být užitečné při výzkumu problémů MP a při konstrukci mezihvězdných kosmických lodí.

Je poskytován systematický seznam moderních oblastí výzkumu v různých oblastech vědy a techniky, které zajišťují realizaci MP v budoucnu.

Jsou zvažovány pokyny pro praktické využití výzkumu problematiky MP.

Historický nástin

V roce 1911 K. E. Ciolkovskij ve svém díle „Exploration of World Spaces with Jet Instruments“ odhalil první technický návrh vesmírné rakety k překonání mezihvězdných vzdáleností: „...pokud by tedy bylo možné dostatečně urychlit rozklad radia nebo jiných radioaktivních těles, což jsou pravděpodobně všechna tělesa, pak by jeho použití mohlo za stejných jiných podmínek udělit takovou rychlost tryskového zařízení, při které by se dosažení nejbližšího slunce (hvězdy) zkrátilo na 10-40 let. k tomu, aby raketa vážící tunu přerušila všechny vazby se sluneční soustavou, stačila by špetka radia.“

Až do 50. let 20. století MP projekty v zásadě opakovaly úvahy K. E. Ciolkovského. Po vytvoření jaderných zbraní se začaly objevovat podrobnější projekty pro mezihvězdné lety, zejména studie F. Dysona vycházející z projektu jaderného výbuchu Orion, práce L. R. Shepherda.

Anihilace, kterou předpověděl P. Dirac a byla objevena v roce 1933, dala podnět k výzkumu dynamiky relativistických raket.

Významným pokrokem v práci na poli MP byl projekt British Interplanetary Society (BIS) „Daedalus“ v letech 1973-1978. Výsledkem byl samotný projekt mezihvězdné sondy a velké množství dalších projektů a prací zaměřených na studium různých partikulárních aspektů MP.

Dnes se realizují velké integrované výzkumné projekty „Icarus“ (BIS a Tau Zero Foundation) a „100-Year Starship“ (DARPA).

Za století, které uplynulo od dob K. E. Ciolkovského, vyšly tisíce publikací o problematice mezihvězdných letů (IF). Databáze AIAA pro klíčové slovo „interstellar“ poskytuje například více než tisíc publikací. V posledních desetiletích tento soubor nápadů a úvah rychle roste díky internetovým zdrojům.

Vyvstává tedy úkol rozvinout otázky metodologie jak pro práci s existujícím souborem informací, tak s přístupy k posuzování problematiky MP jako takové. Je potřeba uvažovat o samotném problému MP jako o objektu výzkumu.

Technologie pro překonání mezihvězdné vzdálenosti může být vyvinuta v budoucnu, ale řešení tohoto problému a jeho pochopení může dnes přinést intelektuální ovoce

Problémy klasifikace

Musíme začít klasifikací a řazením stávající řady MP Projektů. Za tímto účelem můžeme zavést koncept Projekt Interstellar Travel Project (IP). Projekt MP - popis technologie schopné pokrýt mezihvězdné vzdálenosti - obsahuje dva povinné prvky: způsob (metody) pohybu a dobu letu.

Strukturálně lze jakýkoli projekt mezihvězdného letu rozdělit na pohonnou jednotku (PS) a jednotku užitečného zatížení (PL). Klíčovým prvkem každého projektu MP je schéma dálkového ovládání.

Zjednodušená klasifikace schémat dálkového ovládání. Vychází z klasifikace na základě používaných fyzikálních principů pohybu.

Pokud jde o PN, mnoho variant PN bylo vytříděno a někdy podrobně popsáno ve sci-fi dílech.

Je také užitečné klasifikovat projekty MP podle úrovně realismu, která dobře koreluje s úrovní rozvoje konkrétního schématu MP. Odpovídající klasifikace je uvedena v tabulce. 1.

Tabulka 1. Klasifikace MP projektů podle úrovně realismu

Tato klasifikace je prvním filtrem pro výběr MP Projektů pro další vývoj/výzkum. Po výběru úrovně nemusíte zvažovat projekty, které jsou umístěny níže.

Kromě zvažování konkrétních MP projektů je potřeba vzít v úvahu obrovské množství informací o práci, která není přímo zaměřena na řešení MP problému, ale souvisí s ním nebo je prostě nutná k jeho řešení. Jsou to například práce na termojaderné fúzi, uzavřených systémech podpory života, hledání a výzkumu exoplanet. Tak vzniká znalostní báze, která se rozvíjí bez ohledu na řešení problémů přímo souvisejících s návrhem MP.

V tabulce Obrázek 2 ukazuje zjednodušenou klasifikaci oblastí, které tvoří znalostní základnu nutnou pro výzkum problematiky MP.

Tabulka 2. Znalostní báze o otázkách MP

Principy výzkumu problematiky MP

Princip je vůdčí pozice, základní pravidlo, nastavení pro jakoukoli činnost. Při vší své důležitosti přitom principy nejsou kategorické, jakýkoli princip lze opustit nebo upravit, ale je důležité pochopit a vysvětlit důvody takového odmítnutí.

Formulace a soubor zásad jsou užitečné jak pro práci na jedné studii, tak pro koordinaci různých snah. Principy, stejně jako klasifikace, lze použít k rychlému odfiltrování oblastí, které jsou zjevně neperspektivní. V tomto případě si výzkumník může zvolit úroveň „přísnosti“ požadavků na realističnost projektu.

Můžeme navrhnout následující soubor a obecné formulace zásad pro rozvoj MP:

1. Princip spoléhání se na předvídatelné technologie.

Tento princip byl navržen pro projekt Daedalus. Je založen na dvou ustanoveních:

• na technologiích, které existovaly tehdy (v roce 1973) a těch, které existují dnes, je mezihvězdný let nemožný;
• Spoléhat se na technologie, které v praxi ještě nebyly vyvinuty, znamená odmítnout pracovat.

Předvídatelné technologie jsou teoreticky opodstatněné, jejich implementace vyžaduje pouze čas a peníze.

2. Princip odmítnutíKouzelná hůlka"pokrok.

Tento princip znamená opustit běžně používaný přístup ke komplexním problémům. Zvažování takových problémů se často vyhýbá pod záminkou, že jejich řešení lze nalézt v budoucnu. Nelze však odložit řešení problému do budoucna, aniž bychom vysvětlili možnost takového řešení dosáhnout.

3. Princip "finanční abstrakce".

Finanční náklady na realizaci konkrétní MP nemá smysl odhadovat, protože ekonomickou situaci nelze určit na sto let dopředu.

4."Humanitární"Pzásada.

Životní podmínky na palubě lodi by neměly být horší než průměrné životní podmínky na Zemi.

5. Princip nenávratnosti.

Návrat posádky kosmické lodi na Zemi je hlavním cílem každého pilotovaného letu. To ale platí pouze pro lety v rámci sluneční soustavy. Pro MP je návrat vzhledem k velkým vzdálenostem a délce letu nejen technicky nedosažitelný (viz zásada 1), ale také nesmyslný.

Neexistuje prakticky žádná motivace letět zpět na Zemi. Nostalgie po místě původu je samozřejmě nevyhnutelná, ale člověk sám se nebude moci vrátit na Zemi, pouze jeho potomci. A volba mezi prozkoumáváním nových světů nebo návratem jejich potomků na Zemi bude s největší pravděpodobností učiněna ve prospěch první možnosti.

Aby Země mohla studovat a ovládnout obrovskou Galaxii, nepotřebuje posílat mezihvězdné lodě ke každé hvězdě: stačí obsadit tucet planetárních systémů v nejbližším hvězdném sousedství – v okruhu asi 50 světelných let.

Diagram nejbližších hvězdných sousedství Slunce a možných cest prvních MP. Zelená tečkovaná čára jsou možné směry mezihvězdných letů ze Sluneční soustavy, červená čára je z již vyvinutých systémů. Čísla - vzdálenosti ve světelných letech

Další pohyb provádějí z vyvinutých systémů nové „dceřiné“ civilizace. A pro Zemi po vývoji okolních hvězdných soustav končí Vesmírný věk, éra prostorové expanze. Právě tento cíl – překonat mezihvězdný prostor pilotovanými vozidly a prozkoumat blízké hvězdné systémy – je „konečným“ cílem pozemské kosmonautiky.

K praktickému využití výzkumu problematiky MP

Mezihvězdné lety jsou záležitostí vzdálené (ale předvídatelné) budoucnosti. Zároveň bych rád viděl praktické výsledky výzkumu již v současnosti. Kromě nepochybného kognitivního a ideologického významu lze výzkum problematiky MP efektivně využít ve vzdělávacím procesu. Efektivitu takového využití určuje specifika problému – spoléhání se na syntézu poznatků v nejrůznějších oblastech vědy a techniky.

Literatura

1. Ciolkovskij K. E. Průzkum světových prostorů proudovými zařízeními / Sborník o raketové technice. M.: Oborongiz, 1947. 368 s.

2. Shepherd, L. R. Mezihvězdný let. J. Brit. Int. Soc., 1952.V.11. S. 149-167.

3. Zenger E. O mechanice fotonových raket. M.: Zahraniční literatura, 1958. 142 str.

4. Projekt Daedalus: Demonstrace technické proveditelnosti mezihvězdného cestování. Britská meziplanetární společnost, 2003. 390 s.