Космос своей неизведанностью издревле привлекал человека. Множество ярких звезд в ночном небе так и манили его. Вселенная всегда хранила в себе обилие тайн, и человечеству предстоит их разгадать — ведь это заложено в самой природе людей. Одна из важнейших задач, которую необходимо решить — это межзвездные путешествия, без которых становится невозможным исследование космоса.
В этой статье попытаемся разобраться, с какими трудностями придется столкнуться будущим путешественниками в столь долгих и длинных перелетах. Теоретические модели двигателей, способных развивать почти световые скорости, хорошо описаны. Но реализовать на практике столь амбициозные планы даже будущим потомкам будет крайне трудно.
Содержание
Огромные расстояния
Ближайшая к нам звезда, которую невооруженным глазом не увидеть, — это Проксима Центавра, расстояние до которой составляет около 4,2 световых лет. Это очень большое расстояние. Нынешним космическим аппаратам, чтобы покинуть пределы Солнечной системы, потребовались десятки лет, а рассуждать, через какое время они достигнут другие звездные системы, явно не стоит.
Мы собрались обсудить не нынешние технологии, а уже созданные в будущем. Полет космических кораблей, способных развивать околосветовые скорости, к ближайшим звездам не займет много времени — несколько десяток лет. Но космос огромен! Так как же быть?
Размеры наблюдаемой части Вселенной составляет около 45 млрд. световых лет. Ясно, что такие расстояние не преодолеть, даже будь они в миллион раз меньше. Получается, можно будет бороздить только в небольшой части космоса или летать с большой скоростью, чем свет. Но как обойти фундаментальные ограничения?
Сверхсветовые полёты
В разных научно-фантастических фильмах нередко показываются перелеты, превышающие скорость света в вакууме. Но такие полеты в реальности невозможны, и об этом говорит теория относительности Эйнштейна.
Один из вариантов решения этой проблемы — искривлять само пространство-время вдоль траектории движения. Здесь никаких нарушений законов не будет, скорость в этом искривленном пространстве не превысит скорость света, вплоть до того, что сам корабль будет практически не двигаться, но относительно неподвижного наблюдателя его скорость превысит в десятки, а то и в тысячи раз скорость света.
Рост массы-энергии
Из курса школьной физики известно, что при больших скоростях увеличивается масса и энергия самого объекта. При скоростях, равных половине скорости света, масса увеличится незначительно — в 1,15 раза, а при скоростях, составляющих 90% от скорости света — всего лишь в 2,29 раза. Чего вполне хватит для полетов к ближайшим звездным системам.
Дальше увеличивать ход движения не стоит — при полетах, уже равных 99,99%, масса увеличится в 70 раз, а это уже много. Экипаж корабля этого скорее всего даже не почувствует, но в разы увеличенную энергию для перелета откуда-то придется брать.
На самом деле это не является особо большой проблемой, если решить, откуда брать ресурсы.
Долгие разгон и торможение
Человек может выдерживать перегрузки до 10g в лежачем положении и это только кратковременно. Даже небольшая длительная нагрузка на все тело может повлечь за собой серьезные последствия. Поэтому целесообразно разгонятся с ускорением, равным ускорению свободного падения. Тормозить придется так же. Будет создаваться искусственная гравитация, такая же, как и на Земле.
Разгон и торможение до световых скоростей займет годы. В Ньютоновской механике разгон занял бы около года. Но это в корне неправильно, необходимо использовать законы релятивистской механики. Время разгона увеличивается так же, как и при росте массы и энергии.
Ограниченность ресурсов
Для межзвездных перелетов нужны огромные запасы топлива и других полезных ресурсов. Сама энергия будет расходоваться на разгон и торможение, не считая корректировку курса и других задач.
В зависимости от массы звездолета, с учетом топлива, энергия, затраченная на разгон до субсветовых скоростей, составит порядка 1021 Дж. И столько же придется затратить на торможение.
Даже при использовании термоядерной реакции, которая протекает в звездах, потребуется десятки тысяч тонн топлива. Подавляющая часть корабля будет состоять из запасов дейтерия и трития, что явно не хорошо. Можно попробовать во время полета собирать водород из окружающего межзвездного океана, но при огромных скоростях это труднореализуемо.
Единственное правильное решение — использовать энергию, выделяющуюся при аннигиляции материи с антиматерией. Будет выделяться огромное количество энергии в виде фотонов, которые будут создавать мощный импульс при движении космических аппаратов. Это и есть самый энергоэффективный вариант. Потребуется всего лишь около 100 тонн вещества и антивещества. Согласитесь, не так уж и много по сравнению термоядерными реакциями.
Наличие газа, пыли и других частиц в пространстве
Не бывает абсолютно пустого пространства: везде есть пыль, газ и другие частицы. При околосветовых скоростях движения звездолет будет подвержен бомбардировке этими частицами. Такое механическое воздействие на корабль при длительных полетах просто разрушит его.
По некоторым подсчетам один кубический сантиметр содержит 1 протон. Очевидно, что корабль будет пронизываться очень сильным космическим излучением. Придется продумать качественную защиту.
Для борьбы с различными частицами придется использовать экраны, изготовленные из сверхпрочных материалов, таких, что… даже не знаю. Их прочность должна быть чуть ли не бесконечной.
Возможно, одна лишь эта проблема ставит под сомнение саму идею межзвездных перелетов. Придется использовать нечто более экзотическое — телепортацию.
Послесловие
В далеком будущем вполне можно побывать в других звездных системах. Но предстоит решить огромное множество задач, в разы больше описанных здесь. Вдруг может, осваивать будут не люди, а роботы, с ними проблем меньше: функционируют дольше, чинить легче, могут без последствий выдерживать огромные перегрузки.
Обязательно пишите свои замечания, которые возникли в ходе чтения. Буду рад подискутировать с каждым.
Статья понравилась. Откуда фантазия, где находится источник творчества? 100 тонн вещества и антивещества — интересно. Неужели кто-нибудь завтра не придумает особенный источник энергии, какой-нибудь сказочный?
Энергия, которая выделяется при аннигиляции материи с антиматерией, — это и есть сказочный источник. А материя (масса) — это концентрация огромной энергии. Что может быть лучше? В будущем, вполне возможно, откроют новые источники энергии, но по эффективности они вряд ли превзойдут.
Не ясно, существует ли антиматерия где-либо во Вселенной. Поэтому ее можно только синтезировать. Пока максимум удалось создать только около сотен антипротонов, но долго удержать их не удалось.