40 Траектория полета космических кораблей


Колонизация космоса
Основные понятия
  • Межзвёздный зонд[en]
  • Типы космических кораблей
  • Жизнепригодность планеты
  • Космическое поселение
  • Космос и выживание
  • Терраформирование

Гипотетические космические полёты

Цели колонизации

  • Колонизация Луны
  • Колонизация Марса
  • Колонизация Венеры[en]
  • Колонизация Меркурия
  • Колонизация астероидов
  • Колонизация Цереры
  • Колонизация спутников Юпитера: Колонизация Европы
  • Колонизация Титана
  • Колонизация транс-нептуновых объектов[en]
  • Колонизация Солнечной системы
  • Терраформирующие цели

    • Терраформирование Марса
    • Терраформирование Венеры

    Организации

    • Марсианское общество
    • Планетарное общество
    • Национальное космическое общество[en]
Шаблон: просмотр • обсуждение •

Звёзды в Большом Магеллановом Облаке (БМО), карликовая галактика. На расстоянии 163 000 световых лет БМО является третьей ближайшей галактикой к Млечному пути
Межгалактический полёт

— гипотетическое путешествие между галактиками с экипажем или без экипажа. Из-за огромных расстояний между нашей собственной галактикой, Млечным Путём, и даже её ближайшими соседями — десятки тысяч и миллионы световых лет — любое такое предприятие будет гораздо более технологически сложным, чем даже межзвёздное путешествие. Межгалактические расстояния примерно в сто тысяч раз (на пять порядков) превышают их межзвёздные аналоги
.
Технология, необходимая для путешествий между галактиками, выходит далеко за рамки нынешних возможностей человечества и в настоящее время является лишь предметом спекуляций, гипотез и научной фантастики. Однако, в теории нет ничего, чтобы могло окончательно указать, что межгалактическое путешествие невозможно. Существует несколько предполагаемых методов проведения такого путешествия, и на сегодняшний день несколько учёных серьёзно изучили межгалактические путешествия[1][2][3].

Сложности[ | ]

Из-за больших расстояний любая серьёзная попытка путешествовать между галактиками потребует методов движения далеко за пределами того, что в настоящее время считается возможным, чтобы приблизить большой космический корабль к скорости света.

Согласно современному пониманию физики, объект в пространстве-времени не может превышать скорость света[4], что означает, что попытка совершить путешествие в любую другую галактику была бы путешествием продолжительностью в миллионы земных лет при обычном полёте.

Путешествие человека со скоростью, не близкой к скорости света, потребует либо преодоления собственной смертности с помощью таких технологий, как радикальное продление жизни (в том числе с помощью крионики, криоконсервации эмбрионов[en] и других), либо путешествия на спящем корабле, корабле поколений, разрабатываемом НАСА в настоящее время столетнем корабле или межзвёздном ковчеге. Если путешествовать со скоростью, близкой к скорости света, замедление времени позволит совершить межгалактическое путешествие за промежуток времени, равный десятилетиям времени на подобном корабле, которые в данный момент являются лишь концепциями.

Дополнительные ограничения включают множество неизвестных относительно долговечности космического корабля для такого сложного путешествия. Колебания температур, как в тепло-горячей межгалактической среде, могут потенциально разрушить будущий космический корабль, если он не будет должным образом защищён.

Эти проблемы также означают, что обратный полёт будет очень трудным и время его может, возможно, превысить жизненный цикл человека на Земле (см. рассуждение продолжительности жизни цивилизации в уравнении Дрейка). Поэтому все будущие исследования рисков и осуществимости межгалактических путешествий должны будут включать широкий спектр симуляций для увеличения шансов на успешную полезную нагрузку.

Схема ближайших галактик к галактике Млечному Пути, где находится Земля. Масштаб — светлый год

Вопрос ученому: что мешает межзвездным полетам?

Наш читатель Никита Агеев спрашивает: в чем основная проблема межзвездных перелетов? Ответ, как и в прошлый раз, потребует большой статьи, хотя на вопрос можно ответить и единственным символом: c

.

Скорость света в вакууме, c, равна примерно тремстам тысячам километров в секунду, и превысить ее невозможно. Следовательно, нельзя и добраться до звезд быстрее, чем за несколько лет (свет идет 4,243 года до Проксимы Центавра, так что космический корабль не сможет прибыть еще быстрее). Если добавить время на разгон и торможение с более-менее приемлемым для человека ускорением, то получится около десяти лет до ближайшей звезды.

В каких условиях лететь?

И этот срок уже существенное препятствие сам по себе, даже если отвлечься от вопроса «как разогнаться до скорости, близкой к скорости света». Сейчас не существует космических кораблей, которые позволяли бы экипажу автономно жить в космосе столько времени — космонавтам постоянно привозят свежие припасы с Земли. Обычно разговор о проблемах межзвездных перелетов начинают с более фундаментальных вопросов, но мы начнем с сугубо прикладных проблем.

Даже спустя полвека после полета Гагарина инженеры не смогли создать для космических кораблей стиральную машину и достаточно практичный душ, а рассчитанные на условия невесомости туалеты ломаются на МКС с завидной регулярностью. Перелет хотя бы к Марсу (22 световые минуты вместо 4 световых лет) уже ставит перед конструкторами сантехники нетривиальную задачу: так что для путешествия к звездам потребуется как минимум изобрести космический унитаз с двадцатилетней гарантией и такую же стиральную машину.

Воду для стирки, мытья и питья тоже придется либо брать с собой, либо использовать повторно. Равно как и воздух, да и еду тоже необходимо либо запасать, либо выращивать на борту. Эксперименты по созданию замкнутой экосистемы на Земле уже проводились, однако их условия все же сильно отличались от космических хотя бы наличием гравитации. Человечество умеет превращать содержимое ночного горшка в чистую питьевую воду, но в данном случае требуется суметь сделать это в невесомости, с абсолютной надежностью и без грузовика расходных материалов: брать к звездам грузовик картриджей для фильтров слишком накладно.

Стирка носков и защита от кишечных инфекций могут показаться слишком банальными, «нефизическими» ограничениями на межзвездные полеты — однако любой опытный путешественник подтвердит, что «мелочи» вроде неудобной обуви или расстройства желудка от незнакомой пищи в автономной экспедиции могут обернуться угрозой для жизни.

Решение даже элементарных бытовых проблем требует столь же серьезной технологической базы, как и разработка принципиально новых космических двигателей. Если на Земле изношенную прокладку в бачке унитаза можно купить в ближайшем магазине за два рубля, то уже на марсианском корабле нужно предусмотреть либо запас всех

подобных деталей, либо трехмерный принтер для производства запчастей из универсального пластикового сырья.

В ВМС США в 2013 году всерьез

занялись трехмерной печатью
после того, как оценили затраты времени и средств на ремонт боевой техники традиционными методами в полевых условиях. Военные рассудили, что напечатать какую-нибудь редкую прокладку для снятого с производства десять лет назад узла вертолета проще, чем заказать деталь со склада на другом материке.
Один из ближайших соратников Королева, Борис Черток, писал в своих мемуарах «Ракеты и люди» о том, что в определенный момент советская космическая программа столкнулась с нехваткой штепсельных контактов. Надежные соединители для многожильных кабелей пришлось разрабатывать отдельно.

Кроме запчастей для техники, еды, воды и воздуха космонавтам потребуется энергия. Энергия будет нужна двигателю и бортовому оборудованию, так что отдельно придется решить проблему с мощным и надежным ее источником. Солнечные батареи не годятся хотя бы по причине удаленности от светил в полете, радиоизотопные генераторы (они питают «Вояджеры» и «Новые горизонты») не дают требуемой для большого пилотируемого корабля мощности, а полноценные ядерные реакторы для космоса до сих пор делать не научились.

Советская программа по созданию спутников с ядерной энергоустановкой была омрачена международным скандалом после падения аппарата «Космос-954» в Канаде, а также рядом отказов с менее драматичными последствиями; аналогичные работы в США свернули еще раньше. Сейчас созданием космической ядерной энергоустановки намерены заняться в Росатоме и Роскосмосе, но это все-таки установки для ближних перелетов, а не многолетнего пути к другой звездной системе.

Возможно, вместо ядерного реактора в будущих межзвездных кораблях найдут применение токамаки. О том, насколько сложно хотя бы правильно определить параметры термоядерной плазмы, в МФТИ этим летом прочитали целую лекцию для всех желающих. Кстати, проект ITER на Земле успешно продвигается: даже те, кто поступил на первый курс, сегодня имеют все шансы приобщиться к работе над первым экспериментальным термоядерным реактором с положительным энергетическим балансом.

На чем лететь?

Для разгона и торможения межзвездного корабля обычные ракетные двигатели не годятся. Знакомые с курсом механики, который читают в МФТИ в первом семестре, могут самостоятельно рассчитать то, сколько топлива потребуется ракете для набора хотя бы ста тысяч километров в секунду. Для тех, кто еще не знаком с уравнением Циолковского, сразу озвучим результат — масса топливных баков получается существенно выше массы Солнечной системы.

Уменьшить запас топлива можно за счет повышения скорости, с которой двигатель выбрасывает рабочее тело, газ, плазму или что-то еще, вплоть до пучка элементарных частиц. В настоящее время для перелетов автоматических межпланетных станций в пределах Солнечной системы или для коррекции орбиты геостационарных спутников активно используют плазменные и ионные двигатели, но у них есть ряд других недостатков. В частности, все такие двигатели дают слишком малую тягу, ими пока нельзя придать кораблю ускорение в несколько метров на секунду в квадрате.

Проректор МФТИ Олег Горшков — один из признанных экспертов в области плазменных двигателей. Двигатели серии СПД — производят в ОКБ «Факел», это серийные изделия для коррекции орбиты спутников связи.

В 1950-е годы разрабатывался проект двигателя, который бы использовал импульс ядерного взрыва (проект Orion), но и он далек от того, чтобы стать готовым решением для межзвездных полетов. Еще менее проработан проект двигателя, который использует магнитогидродинамический эффект, то есть разгоняется за счет взаимодействия с межзвездной плазмой. Теоретически, космический корабль мог бы «засасывать» плазму внутрь и выбрасывать ее назад с созданием реактивной тяги, но тут возникает еще одна проблема.

Как выжить?

Межзвездная плазма — это прежде всего протоны и ядра гелия, если рассматривать тяжелые частицы. При движении со скоростями порядка сотни тысяч километров в секунду все эти частицы приобретают энергию в мегаэлектронвольты или даже десятки мегаэлектронвольт — столько же, сколько имеют продукты ядерных реакций. Плотность межзвездной среды составляет порядка ста тысяч ионов на кубический метр, а это значит, что за секунду квадратный метр обшивки корабля получит порядка 1013 протонов с энергиями в десятки МэВ.

Один электронвольт, эВ,


это та энергия, которую приобретает электрон при пролете от одного электрода до другого с разностью потенциалов в один вольт. Такую энергию имеют кванты света, а кванты ультрафиолета с большей энергией уже способны повредить молекулы ДНК. Излучение или частицы с энергиями в мегаэлектронвольты сопровождает ядерные реакции и, кроме того, само способно их вызывать.
Подобное облучение соответствует поглощенной энергии (в предположении, что вся энергия поглощается обшивкой) в десятки джоулей. Причем эта энергия придет не просто в виде тепла, а может частично уйти на инициацию в материале корабля ядерных реакций с образованием короткоживущих изотопов: проще говоря, обшивка станет радиоактивной.

Часть налетающих протонов и ядер гелия можно отклонять в сторону магнитным полем, от наведенной радиации и вторичного излучения можно защищаться сложной оболочкой из многих слоев, однако эти проблемы тоже пока не имеют решения. Кроме того, принципиальные сложности вида «какой материал в наименьшей степени будет разрушаться при облучении» на стадии обслуживания корабля в полете перейдут в частные проблемы — «как открутить четыре болта на 25 в отсеке с фоном в пятьдесят миллизиверт в час».

Напомним, что при последнем ремонте телескопа «Хаббл» у астронавтов поначалу не получилось открутить четыре болта, которые крепили одну из фотокамер. Посовещавшись с Землей, они заменили ключ с ограничением крутящего момента на обычный и приложили грубую физическую силу. Болты стронулись с места, камеру успешно заменили. Если бы прикипевший болт при этом сорвали, вторая экспедиция обошлась бы в полмиллиарда долларов США. Или вовсе бы не состоялась.

Нет ли обходных путей?

В научной фантастике (часто более фантастической, чем научной) межзвездные перелеты совершаются через «подпространственные туннели». Формально, уравнения Эйнштейна, описывающие геометрию пространства-времени в зависимости от распределенных в этом пространстве-времени массы и энергии, действительно допускают нечто подобное — вот только предполагаемые затраты энергии удручают еще больше, чем оценки количества ракетного топлива для полета к Проксиме Центавра. Мало того, что энергии нужно очень много, так еще и плотность энергии должна быть отрицательной.

Вопрос о том, нельзя ли создать стабильную, большую и энергетически возможную «кротовую нору» — привязан к фундаментальным вопросам об устройстве Вселенной в целом. Одной из нерешенных физических проблем является отсутствие гравитации в так называемой Стандартной модели — теории, описывающей поведение элементарных частиц и три из четырех фундаментальных физических взаимодействий. Абсолютное большинство физиков довольно скептически относится к тому, что в квантовой теории гравитации найдется место для межзвездных «прыжков через гиперпространство», но, строго говоря, попробовать поискать обходной путь для полетов к звездам никто не запрещает.

Возможные методы[ | ]

Экстремальные длительные путешествия[ | ]

Путешествие в другие галактики со скоростью, меньшей скорости света, потребует времени в пути от сотен тысяч до многих миллионов лет. На сегодняшний день был сделан только один такой дизайн[1].

Гиперскорости звёзд[ | ]

См. также: Межгалактическая звезда

Теоретически в 1988 году[5] и наблюдавшиеся в 2005 году[6] звёзды движутся быстрее, чем вторая космическая скорость Млечного Пути, и выходят в межгалактическое пространство[7]. Существует несколько теорий их существования. Одним из механизмов было бы то, что сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути выбрасывает звёзды из галактики с частотой примерно одна каждые сто тысяч лет. Другим теоретическим механизмом может быть взрыв сверхновой в двойной системе[8].

Эти звёзды движутся со скоростью до 3000 км/с. Тем не менее, недавно (ноябрь 2014 года) звёзды, достигшие значительной доли скорости света, были постулированы на основе численных методов[9]. Названные авторами полурелятивистские звёзды, имеющие гиперскорости, будут выброшены в результате слияния сверхмассивных чёрных дыр в сталкивающихся галактиках. Авторы считают, что эти звёзды будут обнаружены с помощью будущих телескопов[10]. Эти звёзды можно будет использовать, выйдя на их орбиту, и далее просто ожидать прибытия на нужное место во вселенной[11][12].

Искусственно движущая звезда[ | ]

См. также: Звёздная машина

Другое предложение заключается в искусственном продвижении звезды в направлении другой галактики[13][14].

Замедление времени[ | ]

Несмотря на то, что свету требуется около 2,54 миллиона лет, чтобы пересечь космическую пропасть между Землёй и, например, Галактикой Андромеды, из-за эффектов замедления времени с точки зрения путешественника потребуется гораздо меньше времени, близкого к скорости света; время, которое испытывает путешественник, зависит как от скорости (что-либо меньше скорости света), так и от пройденного расстояния (лоренцево сокращение — релятивистское сокращение длины движущегося тела или масштаба). Поэтому теоретически межгалактическое путешествие для людей возможно с точки зрения путешественника[15].

Ускорение до скоростей, близких к скорости света с помощью релятивистской ракеты[en], позволило бы значительно сократить время в пути на корабле, но потребовало бы очень большого количества энергии. Это выполнимо, если будет путешествие путешествие с постоянным ускорением[en]. Путешествие к Галактике Андромеды, находящейся на расстоянии двух миллионов световых лет, займёт всего 28 земных лет на корабле с постоянным ускорением 1g и замедлением 1g после достижения половины пути, чтобы иметь возможность остановиться.

Переход на Галактику Андромеды с таким ускорением потребует 4 100 000 кг топлива на кг полезной нагрузки с использованием нереалистичного предположения о 100 %-ом эффективном двигателе, который преобразует вещество в энергию. Снижение скорости на полпути для остановки резко увеличивает потребность в топливе до 42 триллионов кг топлива на кг полезной нагрузки. Это в десять раз больше массы горы Эверест, необходимой в топливе для каждого кг полезной нагрузки. Поскольку топливо вносит вклад в общую массу корабля, ношение большего количества топлива также увеличивает энергию, необходимую для движения с определённым ускорением, и дополнительное топливо, добавленное для компенсации увеличенной массы, ещё больше усугубит проблему[16].

Потребность в топливе для полёта в Галактику Андромеды с постоянным ускорением означает, что либо полезная нагрузка должна быть очень маленькой, либо космический корабль должен быть очень большим, либо он должен собирать топливо или получать энергию на пути другими способами (например, с использованием концепта двигателя Бассарда).

Возможные методы, превышающие скорость света[ | ]

Двигатель Алькубьерре — гипотетическая концепция, при помощи которой космический корабль может развивать скорость быстрее, чем скорость света (сам корабль не будет двигаться быстрее света, но пространство вокруг него будет). Теоретически это может позволить практическое межгалактическое путешествие. Не существует никакого известного способа создания волны, искажающей пространство, в которой должна работать эта концепция, но метрики уравнений соответствуют теории относительности и пределу скорости света[17].

The SCP Foundation

рейтинг: +25

Объект №: SCP-4209-RU-J

Класс объекта: Кетер

Особые условия содержания: Все силы Организации должны быть направлены на уничтожение SCP-4209-J. Это не подлежит сомнениям и должно быть исполнено так скоро, как только возможно. О существовании SCP-4209-J не должен знать ни один человек за пределами Организации. С этой целью объект замаскирован под [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ], однако нельзя терять бдительности! Обнаружение объекта может привести к катастрофе!

Все фотоснимки, видео- и аудиоматериалы, тексты, книги, брошюры, газеты, слова, действия и мысли людей вне Организации, касающиеся SCP-4209-J, должны быть найдены и ликвидированы в кратчайшие сроки. Во избежание паники среди населения, во всех обсерваториях мира должны работать исключительно сотрудники Организации. Любые полёты к объекту должны [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ] специально обученными агентами. Ни в коем случае нельзя допустить, чтобы любой пилотируемый аппарат приближался к поверхности SCP-4209-J ближе, чем на 1000 км. Население Земли должно постоянно получать дезинформацию об исследованиях SCP-4209-J, запуска космических кораблей к объекту, а также [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ]. В случае нарушения одного из этих условий, в силу вступает протокол SLN-42, активирующий все планетарные орудия, включая ядерное, химическое, бактериологическое, артиллерийское, огнестрельное и холодное оружие, с целью немедленного уничтожения SCP-4209-J.

Описание: Объект SCP-4209-J представляет собой межгалактический космический корабль колоссальных размеров, созданный [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ] задолго до появления современной цивилизации. SCP-4209-J находится на орбите Земли и теоретически может быть замечен с её поверхности мощным радаром; для защиты от этого поверхность объекта покрыта толстым слоем мелкодисперсного порошка, который должен поглощать радиоволны. Объект имеет диаметр более █████ км, что затрудняет его сокрытие от человечества.

SCP-4209-J имеет почти идеальную сферическую форму. Его поверхность испещрена многочисленными следами от столкновений с метеоритами, астероидами и ядерными ракетами, однако видимого эффекта на её целостность это не оказывает. На SCP-4209-J предположительно имеется солидный набор разнообразного вооружения, направленного на ядро Земли. Кроме того, гравитационное притяжение значительно воздействует на стабильность оси Земли и может вызывать перепады глубины мирового океана, формирование непригодных для сельского хозяйства возвышенностей на всех островах и континентах планеты, вызывать у некоторых людей [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ], а также [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ]. Установлено, что истинной причиной вымирания динозавров были выстрелы самой слабенькой пушечки SCP-4209-J по Земле.

Несмотря на то, что со стороны SCP-4209-J выглядит неактивным, Организация, исследуя документы д-ра Делируса, обнаружила записи о сложном внутреннем устройстве объекта. Хотя его предположение о размерах квазипространственного парового двигателя в центре объекта подтвердилась лишь частично, все остальные данные после долгих логических рассуждений были признаны достоверными. Известно, что многие оружейные порты на поверхности SCP-4209-J замаскированы под следы ударов, в районе «экватора» объекта размещена цепь гравитационных ускорителей на основе синтеза вневременной антиматерии, а его оболочка армирована квантово-магнитной чешуёй. На данный момент не известно никакого способа уничтожения SCP-4209-J, кроме обрушения его на поверхность Земли, однако это приведёт к ещё большим разрушениям, ввиду значительной массы объекта, а также того, что о нём станет известно остальному человечеству.

Приложение: Работа по засекречиванию информации о SCP-4209-J, проведённая организацией в период с ████ года по наши дни (неполная).

█.██.████: Д-ром Делирусом случайно открыто небесное тело. Объекту присвоено кодовое название [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ]. Начаты исследования. Объект оказался межгалактическим космическим кораблём, висящим на орбите Земли. Сомнений в этом быть не может, д-р Делирус оставил множество записей с убедительными аргументами. Объекту срочно присвоен номер SCP и статус «кетер». С этого момента Организация стремится засекретить все данные о SCP-4209-J.

█.█.████: Правительства ведущих держав узнают о существовании объекта. Начаты полномасштабные исследования, SCP в панике. Агенты SCP внедряются во все области, связанные с космической программой, с целью не допустить обнаружение SCP-4209-J.

█.█.████: Космический аппарат, предназначенный для непосредственного контакта с поверхностью объекта, практически справился со своим предназначением. Спрятавшемуся внутри агенту-карлику удалось изменить траекторию полёта аппарата, в результате чего он пролетел мимо объекта. Правительство США принимает решение повторять попытки до успешной посадки аппарата. Старые методы решения подобных проблем работают, далее о них не будет упоминаться. В общей сложности за весь период потеряно ██ агентов-карликов. Один из аппаратов случайно сталкивается с объектом и разбивается. Ожидаемого конца света не последовало. Объект признан более безопасным, чем считалось ранее, но планы Организации относительно SCP-4209-J не изменены.

█.█.████: СССР впервые получили трёхмерную схему SCP-4209-J. Информацию засекретили, однако она случайно стала известна широкому кругу лиц, не входящих в Организацию. Начата глобальная дезинформационная кампания.

██.█.████: На поверхность объекта, к величайшей печали Организации, приземляется автоматический аппарат. Информация об объекте засекречена, вместо неё в эфир отправлены данные, описывающие SCP-4209-J как обычный астероид.

██.█.████: Высадка человека на поверхность объекта, вопреки всем усилиям SCP, проходит успешно. Исходный видеоматериал уничтожен и заменён отснятым в студии. Человечество не должно знать ужасную правду!

██.██.████: С этого момента на поверхность SCP-4209-J спускается множество автоматических аппаратов. У Организации закончились агенты-карлики, все силы направлены на дезинформацию и сокрытие истинной природы объекта.

█.██.████: Организации с огромными потерями удаётся взять контроль над исследованиями участка космоса, в которых может находиться SCP-4209-J. Начата кампания «Перенацеливание» — главы правительств под контролем внедрённых сотрудников Фонда выбирают приоритетными задачами космических программ другие направления. Организация тайно контролирует разработку [ДАННЫЕ УДАЛЕНЫ].

██.██.████: SCP создаёт на поверхности объекта базу, используя SCP-███. Ситуация под контролем, о SCP-4209-J никто не знает.

Примечания[ | ]

Комментарии

  1. Расстояние между небольшими галактиками, которых большинство, обычно составляет несколько сотен тысяч световых лет. Между большими галактиками, такими как Млечный Путь и M31, расстояния обычно составляют несколько миллионов световых лет.
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: