Czy podróże międzygwiezdne mogą zmienić się z mrzonki w realną możliwość?

Naukowcy z całego świata twierdzą, że ludzkość posuwa się coraz dalej w eksploracji kosmosu, pojawiają się nowe odkrycia i technologie. Jednak o lotach międzygwiezdnych ludzie wciąż mogą tylko pomarzyć. Ale czy to marzenie jest aż tak nieosiągalne i nierealne? Co ludzkość ma dzisiaj i jakie są perspektywy na przyszłość?

Zdaniem ekspertów, jeśli postęp nie ulegnie stagnacji, to w ciągu jednego lub dwóch stuleci ludzkość będzie mogła spełnić swoje marzenie. Ultrapotężny teleskop Keplera pozwolił kiedyś astronomom odkryć 54 egzoplanety, na których możliwy jest rozwój życia, a dziś potwierdzono już istnienie 1028 takich planet. Planety te krążące wokół gwiazd znajdujących się poza Układem Słonecznym są tak daleko od gwiazdy centralnej, że na ich powierzchni może znajdować się woda w stanie ciekłym.

Jednak nadal nie da się uzyskać odpowiedzi na główne pytanie - czy ludzkość jest sama we Wszechświecie - ze względu na gigantyczne odległości do najbliższych układów planetarnych. Mnogość egzoplanet w odległości stu lub mniej lat świetlnych od Ziemi, a także ogromne zainteresowanie naukowe, jakie budzą, zmuszają nas do spojrzenia na ideę podróży międzygwiezdnych w zupełnie inny sposób.

Lot na inne planety będzie uzależniony od rozwoju nowych technologii i wyboru metody niezbędnej do osiągnięcia tak odległego celu. Tymczasem wybór jeszcze nie został dokonany.

Aby Ziemianie mogli pokonać niewiarygodnie duże odległości kosmiczne i w stosunkowo krótkim czasie inżynierowie i kosmolodzy będą musieli stworzyć zasadniczo nowy silnik. Jest zbyt wcześnie, aby mówić o lotach międzygalaktycznych, ale ludzkość mogłaby zbadać Drogę Mleczną, galaktykę, w której znajduje się Ziemia i Układ Słoneczny.

Galaktyka Drogi Mlecznej składa się z około 200–400 miliardów gwiazd, wokół których krążą po orbitach planety. Najbliższą Słońcu gwiazdą jest Alfa Centauri. Odległość do niej wynosi około czterdziestu bilionów kilometrów, czyli 4,3 lat świetlnych.

Rakieta z konwencjonalnym silnikiem będzie musiała lecieć do niego przez około 40 tysięcy lat! Korzystając ze wzoru Ciołkowskiego, łatwo obliczyć, że aby rozpędzić statek kosmiczny z silnikiem odrzutowym na paliwie rakietowym do prędkości 10% prędkości światła, potrzeba więcej paliwa, niż jest dostępne na całej Ziemi. Dlatego mówienie o misji kosmicznej z wykorzystaniem nowoczesnych technologii jest całkowitym absurdem.

Według naukowców przyszłe statki kosmiczne będą mogły latać za pomocą termojądrowego silnika rakietowego. Reakcja syntezy termojądrowej może wytworzyć energię na jednostkę masy średnio prawie milion razy większą niż proces spalania chemicznego.

Dlatego w 1970 roku grupa inżynierów wraz z naukowcami opracowała projekt gigantycznego statku międzygwiezdnego z napędem termojądrowym. Bezzałogowy statek kosmiczny Daedalus miał być wyposażony w pulsacyjny silnik termojądrowy. Małe granulki miały być wrzucane do komory spalania i zapalane wiązkami silnych wiązek elektronów. Plazma, będąca produktem reakcji termojądrowej, wydobywająca się z dyszy silnika, zapewnia statkowi przyczepność.

Założono, że Dedal miał polecieć do gwiazdy Barnarda, do której droga jest oddalona o sześć lat świetlnych. Ogromny statek kosmiczny dotrze do niego za 50 lat. I choć projekt nie został zrealizowany, do dziś nie ma bardziej realistycznego projektu technicznego.

Kolejnym kierunkiem technologii tworzenia statków międzygwiezdnych jest żagiel słoneczny. Zastosowanie żagla słonecznego jest dziś uważane za najbardziej obiecującą i realistyczną opcję dla statku kosmicznego. Zaletą żaglówki zasilanej energią słoneczną jest to, że na pokładzie nie potrzeba paliwa, co oznacza, że ​​ładunek będzie znacznie większy niż w przypadku innych statków kosmicznych. Już dziś możliwe jest zbudowanie sondy międzygwiazdowej, w której głównym źródłem energii dla statku będzie ciśnienie wiatru słonecznego.

O powadze zamiarów rozwoju lotów międzyplanetarnych świadczy projekt, który rozwijany jest od 2010 roku w jednym z głównych laboratoriów naukowych NASA. Naukowcy pracują nad projektem mającym przygotować załogowy lot do innych układów gwiezdnych w ciągu najbliższych stu lat.

Wyrażenie „Fly to the Moon” wywołuje u większości z nas skojarzenia na granicy fantazji, porównywalne jedynie z projektami pokroju Apollo 11 mającymi na celu wyniesienie człowieka na powierzchnię Księżyca. Przełomowa Inicjatywa Starshot zabiera nas znacznie dalej niż Księżyc, ponieważ ma na celu podróż do pobliskich układów słonecznych.

Podróże międzygwiezdne:

Pomysłem urodzonego w Rosji miliardera, innowatora technologicznego Jurija Milnera, był Breakthrough Starshot ogłoszony na konferencji prasowej w kwietniu 2016 r. z udziałem tak znanych naukowców jak Stephen Hawking i Freeman Dyson. Istota technologii jest następująca: tysiące chipów w kształcie płytek, przymocowanych do dużego srebrnego żagla świetlnego, zostanie umieszczonych na orbicie okołoziemskiej. Wtedy żagiel ten zostanie dosłownie wypchnięty w przestrzeń kosmiczną przez wiązkę wiązek laserowych skierowaną z ziemi.

Już po dwóch minutach ukierunkowanego działania lasera żagiel kosmiczny osiągnie 1/5 prędkości światła – to 1000 razy szybciej niż prędkości, jakie kiedykolwiek osiągały obiekty makroskopowe.

Podczas dwudziestoletniego lotu statek będzie zbierał dane o przestrzeni międzygwiazdowej. Po dotarciu do gwiazdozbioru Alfa Centauri kamera pokładowa wykona serię bardzo precyzyjnych zdjęć i wyśle ​​je na Ziemię. To da nam możliwość spojrzenia na naszych najbliższych sąsiadów planetarnych i zrozumienia, jak bardzo nadają się do kolonizacji.

Zespół stojący za Breakthrough Starshot jest równie imponujący jak sam pomysł. W zarządzie zasiadali Milner, Hawking i Mark Zuckerberg. Były szef Centrum Badawczego Ames NASA, Pete Worden, został mianowany dyrektorem wykonawczym (S. Pete Worden). Wśród uczestników znaleźli się także laureaci Nagrody Nobla i inni doradcy projektu Przełom. Milner obiecuje zainwestować własne 100 milionów dolarów w rozpoczęcie projektu i w ciągu najbliższych kilku lat zebrać kolejne 10 miliardów przy pomocy swoich kolegów.

Na pierwszy rzut oka może się to wydawać science fiction, chociaż w rzeczywistości nie ma naukowych przeszkód w realizacji tego projektu. Nie oznacza to, że wszystko wydarzy się jutro. Aby Przełom do gwiazd zakończył się sukcesem, konieczne jest dokonanie szeregu odkryć naukowych. Uczestnicy projektu i konsultanci spodziewają się wykładniczego rozwoju technologii, który umożliwi realizację Breakthrough Starshot w ciągu najbliższych 20 lat.

Wykrywanie egzoplanet

Do egzoplanet zaliczają się wszystkie planety spoza naszego Układu Słonecznego. Choć pierwsze odkrycia datuje się na rok 1988, to na dzień 1 maja 2017 roku odkryto 3608 egzoplanet w 2702 układach słonecznych. Niektóre planety są bardzo podobne do naszej, inne mają szereg unikalnych cech, takich jak pierścienie 200 razy szersze od pierścieni naszego Saturna.

Powodem tej eksplozji znalezisk jest potężny przełom w ulepszaniu technologii teleskopowych.

Zaledwie 100 lat temu największym teleskopem na świecie był Teleskop Hookera z soczewką o średnicy 2,5 metra. Obecnie Europejskie Obserwatorium Południowe dysponuje kompleksem czterech teleskopów, każdy o średnicy 8,2 metra. Uważana jest za największą naziemną konstrukcję do badań astronomicznych, publikującą średnio jeden recenzowany dokument naukowy dziennie.

Naukowcy wykorzystują także MBT () i specjalne narzędzia do poszukiwania planet skalistych w „ekosferycznych” (pozwalających na wodę w stanie ciekłym) strefach innych układów słonecznych. W maju 2016 r. za pomocą małego teleskopu TRAPPIST (Transiting Planets and Planetesimals Small Telescope) badacze z Chile odkryli w strefie zamieszkiwalnej siedem egzoplanet wielkości Ziemi.

Tymczasem stworzona specjalnie do tych celów sonda kosmiczna NASA Kepler zidentyfikowała już ponad 2000 egzoplanet. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), którego wystrzelenie zaplanowano na październik 2018 r., otworzy nigdy wcześniej niewidziane możliwości testowania egzoplanet pod kątem obecności życia. „Jeśli te planety mają atmosfery, teleskop Webba będzie kluczem do odkrycia ich tajemnic” – mówi Doug Hudgins, naukowiec pracujący nad programem egzoplanet NASA w swojej siedzibie w Waszyngtonie.

Koszt uruchomienia

Statek-matka Starshot zostanie podniesiony z ziemi przez rakietę nośną, a następnie wystrzelony w przestrzeń kosmiczną tysiąc małych płyt. Koszt wystrzeliwania ładunków rakietami jednorazowymi jest zbyt wysoki, ale firmy takie jak SpaceX i Blue Origin pokładają realną nadzieję w wykorzystaniu rakiet wielokrotnego użytku, które znacząco obniżą koszty wystrzelenia. SpaceX udało się już obniżyć koszty startu Falcona 9 o 60 milionów dolarów. Wraz ze wzrostem udziału prywatnych firm kosmicznych w rynku światowym wystrzeliwanie rakiet wielokrotnego użytku stanie się bardziej dostępne i tańsze.

Płyta gwiazda

Każda płytka o średnicy 15 mm będzie musiała pomieścić różnorodne złożone urządzenia elektroniczne, takie jak nawigator, kamera, laser komunikacyjny, bateria radioizotopowa, kamera multipleksowa i kamera interfejsowa. Możliwość upakowania całego statku kosmicznego na małej płytce tłumaczy się wykładniczym zmniejszeniem rozmiarów czujników i chipów.

W latach sześćdziesiątych pierwsze chipy komputerowe składały się z kilku tranzystorów. Dziś, dzięki prawu Moore’a, możemy zmieścić miliardy tranzystorów w jednym chipie. Pierwszy aparat cyfrowy ważył 8 funtów i robił zdjęcia o rozdzielczości 0,01 megapiksela. Teraz aparaty cyfrowe, które wykonują wysokiej jakości kolorowe zdjęcia o rozdzielczości 12 megapikseli, mieszczą się w smartfonie wyposażonym w szereg innych czujników, takich jak GPS, akcelerometr i żyroskop. Wraz z pojawieniem się mniejszych satelitów dostarczających lepszych danych, widzimy, że wszystkie te ulepszenia znajdują zastosowanie w eksploracji kosmosu.

Aby Starshot odniósł sukces, do 2030 roku chip będzie ważył około 0,22 grama. Projekcje wskazują, że jest to całkowicie możliwe, jeśli tempo poprawy będzie się utrzymywać.

Lekki żagiel

Żagiel musi być wykonany z materiału silnie odblaskowego (aby uzyskać maksymalne przyspieszenie od lasera), minimalnie chłonnego (aby nie palił się od ciepła), a także bardzo lekkiego (umożliwiającego szybkie przyspieszanie). Jest to niezwykle złożona kombinacja i nie znaleziono jeszcze odpowiedniego materiału.

Zastosowanie automatyzacji sztucznej inteligencji przyspieszy odkrywanie takich materiałów. Istotą automatyzacji jest to, że maszyna będzie w stanie wygenerować bibliotekę kilkudziesięciu tysięcy materiałów do testów. Ułatwi to inżynierom wybór najlepszych opcji badawczo-rozwojowych.

Bateria

Chociaż Starchip podczas 24-letniej podróży będzie korzystał z maleńkiej baterii radioizotopów jądrowych, do laserów nadal będziemy potrzebować konwencjonalnych baterii chemicznych. Lasery zużywają ogromne ilości energii w krótkim czasie, co oznacza, że ​​moc musi być utrzymywana jak najbliżej.

Pojemność akumulatorów rośnie średnio o 5-8% rocznie; Często tego nie zauważamy, ponieważ zużycie energii przez gadżety wzrasta proporcjonalnie, pozostawiając ogólną żywotność bez zmian. Jeżeli dynamika udoskonalania akumulatorów będzie się utrzymywać, to za 20 lat powinny one osiągnąć 3-5-krotny wzrost ich obecnej pojemności. Oczekiwania te opierają się na innowacjach Tesla-Solar City wynikających z inwestycji w technologię akumulatorów. Firmy na Kauai zainstalowały już około 55 000 akumulatorów do zasilania dużej części swojej infrastruktury.

Lasery

Tysiące potężnych laserów zostanie wykorzystanych do rozpędzenia żagla do prędkości światła.

Technologia laserowa przestrzegała prawa Moore'a w takim samym tempie jak układy scalone, zmniejszając stosunek kosztów do mocy o połowę co 18 miesięcy. Szczególnie w ostatniej dekadzie nastąpił gwałtowny wzrost skalowania mocy laserów diodowych i światłowodowych, przy czym ten pierwszy był w stanie wycisnąć 10 kilowatów ze światłowodu jednomodowego w 2010 r. i 100 kilowatów kilka miesięcy później. Oprócz energii konwencjonalnej musimy także ulepszyć technologie syntezy laserowej z układem fazowym.

Prędkość

Nasza zdolność do szybkiego poruszania się, poruszania się szybko... W 1804 roku wynaleziono pierwszą lokomotywę parową, która osiągała niespotykaną dotąd prędkość 110 km/h. Sonda Helios 2 pobiła ten rekord w 1976 roku, oddalając się od Ziemi z prędkością 356 040 km/h. 40 lat później sonda New Horizons osiągnęła prędkość heliocentryczną prawie 45 km/s, czyli 160 000 km/h. Jednak nawet przy takich prędkościach dotarcie do Alfa Centauri oddalonej o ponad cztery lata świetlne zajmie bardzo dużo czasu.

Chociaż przyspieszanie cząstek subatomowych do prędkości światła jest powszechne w akceleratorach cząstek, nigdy wcześniej nie udało się tego osiągnąć za pomocą obiektów makroskopowych. Osiągnięcie zaledwie 20% prędkości światła dla Starshota oznaczałoby 1000-krotny wzrost prędkości czegokolwiek, co kiedykolwiek zbudował człowiek.

Przechowywanie danych

Podstawą obliczeń jest zdolność do przechowywania informacji. Starshot polega na dalszym obniżaniu kosztów i rozmiaru pamięci cyfrowej, aby zapewnić wystarczającą pojemność do przechowywania programów i obrazów zarejestrowanych w systemie Alpha Centauri i jego planetach.

Koszt pamięci spada wykładniczo od dziesięcioleci: w 1970 r. megabajt kosztował około miliona dolarów; Teraz około 0,1 centa. Zmniejszyły się także rozmiary pamięci masowej – z 5-megabajtowego dysku twardego ładowanego wózkiem widłowym w 1956 r. do dostępnych obecnie 512-gigabajtowych dysków flash USB o wadze kilku gramów.

Połączenie

Po otrzymaniu pierwszych zdjęć Starchip wyśle ​​je na Ziemię w celu przetworzenia.

Odkąd Alexander Graham Bell wynalazł telefon w 1876 roku, telekomunikacja przeszła długą drogę. Średnia prędkość Internetu w Stanach Zjednoczonych wynosi obecnie około 11 megabitów na sekundę. Przepustowość i prędkość, jakich potrzebuje Starshot do przesyłania cyfrowych obrazów na odległość czterech lat świetlnych (20 bilionów mil), będą wymagały najnowszych technologii komunikacyjnych.

Jedną z obiecujących technologii jest Li-Fi, połączenie bezprzewodowe 100 razy szybsze niż Wi-Fi. Drugim są światłowody, które umożliwiają obecnie transmisję z szybkością 1,125 terabita na sekundę. Oprócz tego nastąpił rozwój w dziedzinie komunikacji kwantowej, która jest nie tylko ultraszybka, ale także całkowicie bezpieczna.

Przetwarzanie danych

Ostatnim krokiem w projekcie Starshot jest analiza danych otrzymanych ze statku kosmicznego. Zakład polega na wykładniczym wzroście mocy obliczeniowej, który w ciągu następnych 60 lat wzrośnie bilionowo.

Gwałtowna redukcja kosztów w tym momencie jest w dużej mierze związana z rozwojem przetwarzania w chmurze. Patrząc w przyszłość, metody przetwarzania informacji kwantowych obiecują tysiąckrotny wzrost mocy do czasu otrzymania pierwszych danych ze Starshot. Tak zaawansowane procesory umożliwią przeprowadzanie skomplikowanych symulacji naukowych i analiz pobliskich układów gwiezdnych.

Subskrybuj wiadomości z zakresu turystyki kosmicznej i dowiedz się wszystkiego o tym, jak polecieć w kosmos już teraz! Elona Muska zatwierdza.

12 kwietnia 2016 roku słynny brytyjski fizyk Stephen Hawking oraz rosyjski biznesmen i filantrop Jurij Milner ogłosili przeznaczenie 100 mln dolarów na sfinansowanie projektu Przełomowy strzał w gwiazdę. Celem projektu było opracowanie technologii budowy statku kosmicznego zdolnego do wykonania lotu międzygwiezdnego do Alfa Centauri.

Tysiące powieści science fiction opisuje gigantyczne statki fotonowe wielkości małego (lub dużego) miasta, wyruszające w lot międzygwiezdny z orbity naszej planety (rzadziej z powierzchni Ziemi). Jednak według autorów projektu Przełomowy strzał w gwiazdę, wszystko wydarzy się zupełnie inaczej: pewnego znaczącego dnia dwa tysiące jakiegoś roku, nie jeden czy dwa, ale setki i tysiące małych statków kosmicznych wielkości paznokcia i ważących 1 g wystrzelą do jednej z najbliższych gwiazd, Alfa Centauri. A każdy z nich będzie miał cienki żagiel słoneczny o powierzchni 16 m 2 , który z coraz większą prędkością będzie niósł statek kosmiczny do przodu – ku gwiazdom.

„Strzał w gwiazdy”

Podstawa projektu Przełomowy strzał w gwiazdę był artykuł profesora fizyki z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara, Philipa Lubina, „A Plan for Interstellar Flight” ( Mapa drogowa do lotu międzygwiezdnego). Głównym deklarowanym celem projektu jest umożliwienie lotów międzygwiezdnych w ciągu życia następnego pokolenia ludzi, czyli nie za stulecia, ale za dziesięciolecia.

Zaraz po oficjalnym ogłoszeniu programu Gwiezdny strzał Na autorów projektu spadła fala krytyki ze strony naukowców i specjalistów technicznych z różnych dziedzin. Krytyczni eksperci zauważyli liczne błędne oceny i po prostu „białe plamy” w planie programu. Niektóre uwagi zostały wzięte pod uwagę i plan lotu został nieznacznie skorygowany w pierwszej iteracji.

Sonda międzygwiazdowa będzie więc żaglówką kosmiczną z modułem elektronicznym StarChip ważący 1 g, połączony wytrzymałymi paskami z żaglem słonecznym o powierzchni 16 m 2, grubości 100 nm i masie 1 g. Oczywiście światło naszego Słońca nie wystarczy, aby nawet przyspieszyć tak lekką konstrukcję do prędkości, przy których podróże międzygwiezdne nie będą trwały przez tysiąclecia. Dlatego główną atrakcją projektu StarShot- Jest to przyspieszenie za pomocą silnego promieniowania laserowego skupionego na żaglu. Lubin szacuje, że przy mocy wiązki laserowej na poziomie 50–100 GW przyspieszenie wyniesie około 30 000 g, a za kilka minut sonda osiągnie prędkość 20% światła. Lot do Alpha Centauri potrwa około 20 lat.

Pytania bez odpowiedzi: fala krytyki

Filip Lubin w swoim artykule podaje liczbowe szacunki punktów planu, jednak wielu naukowców i specjalistów odnosi się do tych danych bardzo krytycznie.

Oczywiście, aby opracować tak ambitny projekt jak Przełomowy strzał w gwiazdę, potrzeba lat pracy, a 100 milionów dolarów to niezbyt duża kwota jak na prace na taką skalę. Dotyczy to zwłaszcza infrastruktury naziemnej – fazowanego układu emiterów laserowych. Zainstalowanie takiej mocy (50–100 GW) będzie wymagało gigantycznej ilości energii, czyli w pobliżu trzeba będzie zbudować co najmniej kilkanaście dużych elektrowni. Ponadto konieczne będzie usunięcie ogromnej ilości ciepła z emiterów w ciągu kilku minut, a sposób w jaki to zrobić jest nadal całkowicie niejasny. W projekcie są takie pytania bez odpowiedzi Przełomowy strzał w gwiazdę ogromna kwota, ale na razie prace dopiero się rozpoczęły.

„Rada naukowa naszego projektu składa się z czołowych ekspertów, naukowców i inżynierów z różnych istotnych dziedzin, w tym dwóch laureatów Nagrody Nobla” – mówi Yuri Milner. - A słyszałem bardzo wyważone oceny wykonalności tego projektu. Czyniąc to, z pewnością opieramy się na połączonej wiedzy wszystkich członków naszej rady naukowej, ale jednocześnie jesteśmy otwarci na szerszą dyskusję naukową”.

Pod rozgwieżdżonymi żaglami

Jednym z kluczowych szczegółów projektu jest żagiel słoneczny. W oryginalnej wersji powierzchnia żagla wynosiła początkowo zaledwie 1 m 2 i z tego powodu nie wytrzymywała nagrzewania się podczas przyspieszania w polu promieniowania laserowego. W nowej wersji zastosowano żagiel o powierzchni 16 m2, zatem reżim termiczny wprawdzie dość surowy, ale według wstępnych szacunków nie powinien stopić ani zniszczyć żagla. Jak pisze sam Philip Lubin, jako podstawę żagla planuje się zastosować nie powłoki metalizowane, ale całkowicie dielektryczne wielowarstwowe lustra: „Takie materiały charakteryzują się umiarkowanym współczynnikiem odbicia i wyjątkowo niską absorpcją. Załóżmy, że okulary optyczne do światłowodów są przeznaczone do dużych strumieni świetlnych i mają absorpcję około dwudziestu bilionowych części na 1 mikron grubości. Nie jest łatwo uzyskać dobry współczynnik odbicia od dielektryka o grubości żagla 100 nm, czyli znacznie mniejszej niż długość fali. Autorzy projektu pokładają jednak nadzieję w zastosowaniu nowych podejść, takich jak monowarstwy metamateriału o ujemnym współczynniku załamania światła.

Żagiel słoneczny

Jednym z głównych elementów projektu jest żagiel solarny o powierzchni 16 m2 i masie zaledwie 1 g. Materiał żagla to wielowarstwowe lustra dielektryczne, które odbijają 99,999% padającego światła (wg wstępnych obliczeń jest to powinno wystarczyć, aby zapobiec stopieniu żagla w polu promieniowania lasera o mocy 100 GW). Bardziej obiecującym podejściem, pozwalającym na zmniejszenie grubości żagla w stosunku do długości fali światła odbitego, jest zastosowanie jako podstawy żagla monowarstwy metamateriału o ujemnym współczynniku załamania światła (taki materiał również posiada nanoperforację, co dodatkowo zmniejsza jego masę). Drugą możliwością jest zastosowanie materiału nie o wysokim współczynniku odbicia, ale o niskim współczynniku absorpcji (10-9), np. materiałów optycznych na światłowody.

„Należy wziąć pod uwagę, że odbicie od zwierciadeł dielektrycznych jest dostrojone do wąskiego zakresu długości fal, a w miarę przyspieszania sondy efekt Dopplera przesuwa długość fali o ponad 20%” – mówi Lubin. - Wzięliśmy to pod uwagę, więc reflektor będzie ustawiony na około dwadzieścia procent szerokości pasma promieniowania. Zaprojektowaliśmy takie odbłyśniki. W razie potrzeby dostępne są również reflektory o większej szerokości pasma.

Instalacja laserowa

Główna elektrownia statku kosmicznego nie poleci do gwiazd – będzie zlokalizowana na Ziemi. Jest to naziemny fazowany układ emiterów laserowych o wymiarach 1×1 km. Całkowita moc lasera powinna wynosić od 50 do 100 GW (co odpowiada mocy 10–20 elektrowni wodnych w Krasnojarsku). Ma on wykorzystywać fazowanie (czyli zmianę faz na każdym pojedynczym emiterze) do skupiania promieniowania o długości fali 1,06 µm z całej siatki w plamce o średnicy kilku metrów w odległościach sięgających wielu milionów kilometrów (tzw. maksymalna dokładność ogniskowania wynosi 10-9 radianów). Jednak takie ogniskowanie jest znacznie utrudniane przez burzliwą atmosferę, która rozmywa wiązkę w plamkę wielkości mniej więcej sekundy łukowej (10-5 radianów). Oczekuje się, że ulepszenia o cztery rzędy wielkości zostaną osiągnięte dzięki zastosowaniu optyki adaptacyjnej (AO), która kompensuje zniekształcenia atmosferyczne. Najlepsze systemy optyki adaptacyjnej we współczesnych teleskopach redukują rozmycie nawet o 30 milisekund łuku, co oznacza, że ​​do zamierzonego celu pozostało jeszcze około dwóch i pół rzędów wielkości. „Aby przezwyciężyć turbulencje atmosferyczne na małą skalę, układ fazowy musi zostać rozbity na bardzo małe elementy, a wielkość elementu emitującego dla naszej długości fali nie powinna przekraczać 20–25 cm” – wyjaśnia Philip Lubin. - To co najmniej 20 milionów emiterów, ale ta liczba mnie nie przeraża. Do uzyskania informacji zwrotnej w systemie AO planujemy wykorzystać wiele źródeł odniesienia – sygnalizatorów – zarówno na sondzie, na statku-matce, jak i w atmosferze. Ponadto będziemy śledzić sondę w drodze do celu. Chcemy także użyć gwiazd jako boi, aby dostosować fazowanie układu po otrzymaniu sygnału z sondy po przybyciu na miejsce, ale dla pewności będziemy śledzić sondę”.

Przyjazd

Ale wtedy sonda przybyła do układu Alfa Centauri, sfotografowała otoczenie układu i planetę (jeśli takie istnieją). Informacje te muszą zostać w jakiś sposób przesłane na Ziemię, a moc nadajnika laserowego sondy jest ograniczona do kilku watów. A po pięciu latach ten słaby sygnał musi zostać odebrany na Ziemi, izolując gwiazdy od promieniowania tła. Według autorów projektu sonda manewruje na celu w taki sposób, że żagiel zamienia się w soczewkę Fresnela, skupiającą sygnał sondy w kierunku Ziemi. Szacuje się, że idealny obiektyw z idealną ostrością i idealną orientacją wzmacnia sygnał o mocy 1 W do 10 ekwiwalentu izotropowego 13 W. Jak jednak rozpatrywać ten sygnał na tle znacznie silniejszego (o 13–14 rzędów wielkości!) promieniowania gwiazdy? „Światło gwiazdy jest w rzeczywistości dość słabe, ponieważ szerokość linii naszego lasera jest bardzo mała. Wąska linia to kluczowy czynnik zmniejszający tło – mówi Lubin. - Pomysł wykonania soczewki Fresnela z żagla w oparciu o cienkowarstwowy element dyfrakcyjny jest dość złożony i wymaga wielu wstępnych prac, aby dokładnie zrozumieć, jak najlepiej to zrobić. Ten punkt jest właściwie jednym z głównych w naszym planie projektu.”

Lot międzygwiezdny to nie kwestia stuleci, ale dziesięcioleci

Jurij Milner ,
Rosyjski biznesmen i filantrop,
Założyciel Przełomowych Inicjatyw:

W ciągu ostatnich 15 lat nastąpił znaczący, można powiedzieć, rewolucyjny postęp w trzech obszarach technologicznych: miniaturyzacji elementów elektronicznych, stworzeniu nowej generacji materiałów, a także obniżeniu kosztów i zwiększeniu mocy lasera. Połączenie tych trzech trendów prowadzi do teoretycznej możliwości przyspieszenia nanosatelity do prędkości niemal relatywistycznych. W pierwszym etapie (5–10 lat) planujemy przeprowadzić bardziej szczegółowe badania naukowo-techniczne, aby zrozumieć, na ile realny jest ten projekt. Na stronie projektu znajduje się lista około 20 poważnych problemów technicznych, bez rozwiązania których nie będziemy mogli ruszyć dalej. Nie jest to lista ostateczna, ale na podstawie opinii rady naukowej uważamy, że pierwszy etap projektu ma wystarczającą motywację. Wiem, że projekt żagla gwiaździstego spotyka się z poważną krytyką ze strony ekspertów, jednak uważam, że stanowisko części krytycznych ekspertów wiąże się z nie do końca trafnym zrozumieniem tego, co tak naprawdę proponujemy. Nie finansujemy lotu do innej gwiazdy, ale raczej realistyczne, wielozadaniowe opracowania związane z ideą sondy międzygwiazdowej tylko w ogólnym kierunku. Technologie te znajdą zastosowanie zarówno do lotów w Układzie Słonecznym, jak i do ochrony przed niebezpiecznymi asteroidami. Jednak postawienie tak ambitnego celu strategicznego, jakim jest lot międzygwiezdny, wydaje się uzasadnione w tym sensie, że rozwój technologii na przestrzeni ostatnich 10-20 lat prawdopodobnie sprawia, że ​​realizacja takiego projektu jest kwestią nie stuleci, jak wielu zakładało, ale raczej dekad.

Z drugiej strony fazowany układ emiterów optycznych/odbiorników promieniowania o całkowitej aperturze kilometra to instrument umożliwiający obserwację egzoplanet z odległości kilkudziesięciu parseków. Za pomocą odbiorników o przestrajalnych długościach fal można określić skład atmosfery egzoplanet. Czy w tym przypadku sondy są w ogóle potrzebne? „Z pewnością użycie układu fazowanego jako bardzo dużego teleskopu otwiera nowe możliwości w astronomii. Jednak – dodaje Lubin – oprócz kamery i innych czujników planujemy dodać do sondy spektrometr podczerwieni w ramach programu długoterminowego. Mamy świetną grupę zajmującą się fotoniką na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara, która jest częścią naszej współpracy”.

Ale w każdym razie zdaniem Lubina pierwsze loty odbędą się w obrębie Układu Słonecznego: „Ponieważ możemy wysłać ogromną liczbę sond, daje nam to wiele różnych możliwości. Możemy również wysłać podobne małe ( skala waflowa, czyli na chipie) sondy na konwencjonalnych rakietach i wykorzystują te same technologie do badania Ziemi czy planet i ich satelitów w Układzie Słonecznym.”

Redakcja dziękuje gazecie „Troitsky Option – Science” i jej redaktorowi naczelnemu Borisowi Sternowi za pomoc w przygotowaniu artykułu.

Tylko w naszej Galaktyce odległości pomiędzy systemami gwiezdnymi są niewyobrażalnie ogromne. Jeśli kosmici z kosmosu rzeczywiście odwiedzą Ziemię, poziom ich rozwoju technicznego powinien być sto razy wyższy niż obecny poziom naszego na Ziemi.

Kilka lat świetlnych stąd

Aby wskazać odległości między gwiazdami, astronomowie wprowadzili pojęcie „roku świetlnego”. Prędkość światła jest najszybsza we Wszechświecie: 300 000 km/s!

Szerokość naszej Galaktyki wynosi 100 000 lat świetlnych. Aby pokonać tak ogromny dystans, kosmici z innych planet muszą zbudować statek kosmiczny, którego prędkość jest równa lub nawet przekracza prędkość światła.

Naukowcy uważają, że obiekt materialny nie może poruszać się szybciej niż prędkość światła. Wcześniej jednak uważano, że nie da się rozwinąć prędkości naddźwiękowej, ale w 1947 roku samolot model Bell X-1 skutecznie przekroczył barierę dźwięku.

Być może w przyszłości, gdy ludzkość zgromadzi większą wiedzę na temat praw fizycznych Wszechświata, Ziemianie będą w stanie zbudować statek kosmiczny, który będzie poruszał się z prędkością światła, a nawet szybciej.

Wielkie Podróże

Nawet gdyby kosmici byli w stanie podróżować w przestrzeni kosmicznej z prędkością światła, taka podróż zajęłaby wiele lat. Dla Ziemian, których średnia długość życia wynosi średnio 80 lat, byłoby to niemożliwe. Jednak każdy gatunek żywych istot ma swój własny cykl życia. Na przykład w Kalifornii w USA rosną sosny szczeciniaste, które mają już 5000 lat.

Kto wie, ile lat żyją kosmici? Może kilka tysięcy? Wtedy loty międzygwiezdne trwające setki lat są dla nich codziennością.

Najkrótsze ścieżki

Jest prawdopodobne, że kosmici znaleźli skróty w przestrzeni kosmicznej - „dziury” grawitacyjne, czyli zniekształcenia przestrzeni utworzone przez grawitację. Takie miejsca we Wszechświecie mogłyby stać się swego rodzaju mostami – najkrótszymi drogami pomiędzy ciałami niebieskimi znajdującymi się na różnych krańcach Wszechświata.

Kategorie

• • . Innymi słowy, horoskop to wykres astrologiczny sporządzony z uwzględnieniem miejsca i czasu, z uwzględnieniem położenia planet względem horyzontu. Aby skonstruować indywidualny horoskop urodzeniowy, należy znać z maksymalną dokładnością czas i miejsce urodzenia danej osoby. Jest to wymagane, aby dowiedzieć się, w jaki sposób ciała niebieskie znajdowały się w danym czasie i miejscu. Ekliptyka w horoskopie jest przedstawiana jako okrąg podzielony na 12 sektorów (znaki zodiaku. Zwracając się do astrologii urodzeniowej, możesz lepiej zrozumieć siebie i innych. Horoskop jest narzędziem samowiedzy. Z jego pomocą możesz nie tylko odkrywaj swój własny potencjał, ale także zrozum relacje z innymi, a nawet podejmuj ważne decyzje.">Horoskop73
• . Z ich pomocą znajdują odpowiedzi na konkretne pytania i przepowiadają przyszłość. Przyszłość można poznać za pomocą domina. Jest to jeden z bardzo rzadkich rodzajów wróżenia. Wróżą za pomocą fusów z kawy i herbaty, z dłoni i z Chińskiej Księgi Przemian. Każda z tych metod ma na celu przepowiadanie przyszłości. Jeśli chcesz wiedzieć, co Cię czeka w najbliższej przyszłości, wybierz wróżenie, które najbardziej Ci się podoba. Ale pamiętaj: bez względu na to, jakie wydarzenia są dla ciebie przewidywane, przyjmuj je nie jako niezmienną prawdę, ale jako ostrzeżenie. Za pomocą wróżenia przepowiadasz swój los, ale przy odrobinie wysiłku możesz go zmienić.”>Wróżenie60

W tym roku kosmos powraca do mody. Wszystkie piosenki opowiadają wyłącznie o zimnej pustce, odległych planetach i tysiącach lat świetlnych. Ludzkość znów zastanawia się, gdzie się przenieść z beznadziejnie zagraconego mieszkania. Marzymy o nowym domu, w którym będziemy mogli zacząć wszystko od zera.

Głównym problemem takich snów jest dobrze znana teoria względności, która wyraźnie stwierdza, że ​​w próżni żadne ciało nie może poruszać się szybciej niż światło. Pokonanie prędkości światła w klasycznym rozumieniu fizyki nie jest jeszcze możliwe. Fakt ten zawsze poddawał w wątpliwość wykonalność międzygalaktycznych misji załogowych. Prawdopodobnie rozwiązaniem problemu będzie „teoria wszystkiego”, która hipotetycznie powinna łączyć wszystkie znane oddziaływania fundamentalne, przede wszystkim mechanikę kwantową i ogólną teorię względności. Tutaj moglibyśmy na nowo spojrzeć na całą problematykę podróży międzygalaktycznych. Dopóki to nie nastąpi, warto porozmawiać o teoretycznie możliwych sposobach opuszczenia przez człowieka swojej rodzinnej galaktyki.

Supersilnik

Pierwszy i najbardziej realistyczny sposób można uznać za stworzenie potężnego silnika zdolnego do przyspieszenia statku na tyle, aby dostarczyć astronautów do innego układu gwiezdnego. Najbliższa nam gwiazda, Proxima Centauri, znajduje się w odległości 4,24 lat świetlnych. I nie wydaje się to już tak odległe, jeśli weźmiemy pod uwagę hipotetyczne fotoniczne silniki rakietowe, zwane inaczej silnikami anihilacyjnymi. Fizycy Weiming Zhang i Ronan Keane obliczyli, że wykorzystując nawet wiedzę i technologię, którymi dysponują obecnie naukowcy, możliwe jest przyspieszenie statku kosmicznego do 70% prędkości światła, czyli do około 210 tys. km/s. Niestety wytworzenie antymaterii, która posłużyłaby jako paliwo do takiego silnika, jest wciąż zbyt trudne i kosztowne.

Substancja składająca się z atomów, których jądra mają ujemny ładunek elektryczny i są otoczone pozytonami - elektronami o dodatnim ładunku elektrycznym; W zwykłej materii, z której zbudowany jest otaczający nas świat, dodatnio naładowane jądra otoczone są ujemnie naładowanymi elektronami. - Około. wyd.

Śmieci kosmiczne i asteroidy często stanowią główną przeszkodę dla astronautów w filmach, ale stanowią także poważne zagrożenie w rzeczywistych podróżach międzygalaktycznych. Uważa się, że przy prędkości większej niż 0,1 lekki statek nie będzie miał czasu na zmianę kursu i uniknięcie zderzenia z ciałem kosmicznym. W tym przypadku nawet tarcza ochronna nie uratuje astronautów, którzy, aby poruszać się z takimi prędkościami, muszą mieć grubość kilkudziesięciu metrów i masę setek tysięcy ton, aby chronić przynajmniej przed pyłem międzygwiezdnym.

Najbardziej realistycznym z istniejących projektów jest statek „Daedalus”, którego nazwa pochodzi od starożytnej mitologii greckiej. Przez cztery lata, od 1973 do 1977 roku, nad projektem pracowało 11 brytyjskich inżynierów, ale niestety nigdy nie wszedł on w życie, pozostając na papierze. Ze względu na swoje gigantyczne rozmiary taki statek mógł zostać zbudowany jedynie w przestrzeni kosmicznej. Pod względem wielkości Daedalus jest dość porównywalny z Empire State Building, a waga samego paliwa przekroczyła 100 tysięcy ton. Statek kosmiczny miał za pół wieku dotrzeć do gwiazdy Barnarda oddalonej o 5,91 lat świetlnych od Ziemi. Nie uwzględniono udziału astronautów w locie. Pasażerami statku mogło być jedynie 18 sond z silnikami jonowymi, przeznaczonych do szczegółowego badania gwiazdy Barnarda i jej otoczenia. Obecnie amerykańska grupa naukowców non-profit Tau Zero i Brytyjskie Towarzystwo Międzyplanetarne opracowują nowy projekt „Icarus”, który powinien zawierać pewne elementy swojego poprzednika. Publikacja wyników badań planowana jest na koniec tego roku.

Przejście przez zakrzywioną przestrzeń

Jeśli nie da się obalić teorii względności i nie da się pokonać prędkości światła, to trzeba znaleźć sposób na obejście tego. To druga metoda - zakrzywienie czasoprzestrzeni za pomocą silnika warp. Statek jakby kompresuje przestrzeń, nie zbliżając się do końcowego punktu podróży i przybliżając sam punkt A do punktu B. Taki „objazd” umożliwiłby przebycie tysięcy lat świetlnych bez wydawania dużej ilości czasu ilość ziemskiego czasu. Oczywiście do czasu, aż nikt nie umieścił tunelu czasoprzestrzennego w pobliżu Saturna, wyglądało to na coś fantastycznego, jednak w 1994 roku meksykański fizyk teoretyczny Miguel Alcubierre, zainspirowany serią Star Trek, zaproponował pomysł stworzenia urządzenia zakrzywić przestrzeń. Mechanizm ściskałby go z przodu i rozszerzał się za rufą statku. Sam statek kosmiczny znajdowałby się w czymś w rodzaju bańki i pozostawałby praktycznie nieruchomy względem niej.

zbiorowy, fantastyczny naukowo-teoretyczny obraz technologii lub zjawiska z fikcyjnego uniwersum Star Trek, który pozwala przedostać się z jednego punktu w przestrzeni do drugiego szybciej niż światło: staje się to możliwe dzięki wygenerowaniu specjalnego pola krzywizny - pole warp - które otacza statek i zniekształca kontinuum czasoprzestrzenne przestrzeni kosmicznej, wprawiając go w ruch. - Około. wyd.

Napęd Warp, oprócz serii Star Trek, gdzie został najdokładniej przedstawiony, był także używany w Stargate i Gwiezdnych Wojnach. Tam statki kosmiczne pokonywały gigantyczne odległości precyzyjnie, korzystając z technologii sztucznej krzywizny przestrzeni.

W 2010 roku NASA i DARPA (Amerykańska Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obronie) rozpoczęły prace nad projektem 100 Year Starship, którego celem nie jest zbudowanie konkretnego statku, ale pobudzenie kilku pokoleń naukowców do badań w różnych dyscyplinach i stworzenia przełomu technologie. We wrześniu 2012 roku na konferencji w Houston inżynier Harold White przedstawił już pierwsze wyniki eksperymentów swojej grupy badawczej Eagleworks. Za podstawę przyjęto projekt bańki Alcubierre. Według obliczeń White'a statek wyposażony w napęd warp jest w stanie dotrzeć do Alfa Centauri (odległość do niej wynosi 4,36 roku świetlnego) w ciągu dwóch tygodni, podczas gdy taki lot zwykłym nowoczesnym statkiem zająłby około 75 tysięcy lat. Wiele bystrych umysłów współczesnej nauki było dość sceptycznych wobec takiej technologii poruszania się w przestrzeni kosmicznej. Choćby dlatego, że ruch szybszy od prędkości światła oznacza także ruch w czasie, zatem napęd warp to nic innego jak wersja wehikułu czasu, co nie koreluje dobrze z samą teorią względności. Jednak White, podobnie jak Miguel Alcubierre, jest pewien, że taki silnik jest prawdziwy. Co więcej, według niego stworzenie takiego silnika jest możliwe w najbliższej przyszłości, już za naszego pokolenia. Pozostaje czekać na wyniki badań.

Harolda White’a

Statek pokoleń

Trzeci sposób na podbój Wszechświata przez ludzi można uznać za stworzenie statku pokoleniowego. Takie projekty nie opierają się na mocnym silniku czy problemie szybkiego dostarczania astronautów do innych układów gwiezdnych. Statek generacyjny to ludzka kolonia. Autonomiczna stacja kosmiczna, ostatecznym celem wyprawy może być zarówno dostarczenie ludzi na planetę odpowiednią do życia, jak i badanie ogromu Wszechświata przez setki i tysiące lat.

Stanford Thor to najbardziej szczegółowy projekt statku generacji. W 1975 roku została zaproponowana przez zespół studentów Uniwersytetu Stanforda i jest to stacja obrotowa w kształcie pierścienia o średnicy około 1,8 km, z osią pośrodku, przeznaczona dla 10 tysięcy osób. Obrót obiektu wywołałby grawitację w wewnętrznej, mieszkalnej części pierścienia. Jako źródło zasilania zaplanowano wykorzystanie światła słonecznego, które przedostaje się do wnętrza za pomocą systemu luster. Duża powierzchnia wewnętrznej przestrzeni stacji umożliwia stworzenie kompletnego, zamkniętego ekosystemu.

Pierwszym problemem przy realizacji takiego projektu jest całkowita autonomia statku, czyli zaopatrzenie w żywność, tlen, paliwo, przetwarzanie odpadów itp. Ale nawet jeśli nie skupisz się na tym szczególe, główny problem nadal leży w dziedzinie moralności. Jeśli pierwsze pokolenie ludzi pogodzi się z faktem, że nigdy więcej nie zobaczą Ziemi i ich przeznaczeniem jest śmierć w kosmosie w imię swojej misji, to kolejne pokolenia na stacji, znajdujące się pomiędzy, staną w obliczu trudność w realizacji ostatecznego celu ich życia, którym będą jedynie zebrane dane, utrzymanie kursu i co najważniejsze – prokreacja. Pisarze science fiction zastanawiali się nad tym nie raz. Na przykład w powieści Roberta Heinleina „Stepsons of the Universe” mówi się, że kolejne pokolenia astronautów w wyniku buntu na statku zupełnie zapomniały o ostatecznym celu swojej podróży i ześlizgnęły się do poziomu przedwojennego. społeczeństwo przemysłowe, utknęło na wiele lat na dryfującej stacji. Być może wyjściem z sytuacji będzie zawieszona animacja lub krionika, ale takie technologie nie są jeszcze wystarczająco rozwinięte.

W naszej historii pojawiły się już pierwsze realne próby stworzenia ludzkiej kolonii. Program Mars One, stworzony przez holenderską prywatną firmę kierowaną przez wynalazcę i przedsiębiorcę Basa Lansdorpa, zakłada wylądowanie pierwszych ludzi na powierzchni Marsa w celu późniejszej kolonizacji już w 2025 roku. W tej chwili, po dwóch turach selekcji, pozostało 705 kandydatów, w tym 36 z Rosji. Koloniści nieuchronnie staną przed tym samym problemem moralnym, co na statku generacyjnym – nie będą mogli wrócić. Wystartowanie statku z powierzchni Czerwonej Planety bez kosmodromu jest niemożliwe, biorąc pod uwagę nowoczesne technologie. I najprawdopodobniej pierwsi ludzie na Marsie będą musieli pogodzić się z faktem, że Ziemię będą mogli zobaczyć tylko na ekranie monitora.

Nie zapominajcie, że małe cząstki naszej cywilizacji opuściły już Układ Słoneczny. Wystrzelone w 1977 roku sondy Voyager 1 i Voyager 2 już badają przestrzeń międzygwiezdną i niosą na pokładzie wiadomości dla cywilizacji pozaziemskich. Ludzkość rzeczywiście stoi u progu wielkich odkryć. Jeśli wierzyć teorii osobliwości technologicznej, to w najbliższej przyszłości staniemy przed granicą, poza którą postęp technologiczny i naukowy stanie się niedostępny do zrozumienia ze względu na jego złożoność i szybkość rozwoju. Po nadejściu technologicznej osobliwości osiągnięcia naukowe staną się tak rutynowe, jak wypuszczenie nowego smartfona. Wielu naukowców wiąże to z pojawieniem się sztucznej inteligencji, a najbardziej prawdopodobnym przedziałem czasowym jest okres 2016–2040. Popkultura znów miała rację – teraz czas marzyć o kosmicznej przyszłości.