Межзвёздные перелёты: какими они будут

Иван Моисеев (Ivan Moiseyev) – руководитель Института космической политики, научный руководитель Московского космического клуба (Россия, Москва)

За прошедшее столетие появились десятки тысяч публикаций по проблематике межзвёздных перелётов (МП). В последние десятилетия этот массив идей и рассуждений быстро растёт за счёт интернет-ресурсов.

Совсем недавно начались крупные комплексные исследовательские проекты «Икар» (BIS и Tau Zero Foundation) и «100-летний звездолёт» (DARPA).

Кроме того, существует огромный объём информации по работам, которые прямо не направлены на решение проблемы МП, но связаны с её отдельными аспектами или необходимы для её решения. Например, работы по термоядерному синтезу, замкнутым системам жизнеобеспечения, поиску и исследованиям экзопланет.

Возникает задача выработки методологии работы с имеющимся массивом информации и с подходами к рассмотрению вопросов МП. Решение данной задачи требует рассмотрения всего спектра проблематики МП как объекта исследований.

Предлагается несколько классификаций проектов МП. Они выполнены в силу разных основаниий для решения ряда задач. В частности, это классификации по уровню реализуемости проектов и по принципиальным схемам двигательных установок.

Предложены и обоснованы принципы, которые могут быть полезными в исследованиях проблематики МП и при проектировании межзвёздных космических аппаратов.

Приводится систематизированный перечень современных направлений исследований в различных областях науки и техники, обеспечивающих реализацию МП в будущем.

Рассматриваются направления практического использования исследований проблематики МП.

Исторический абрис

В 1911 году К. Э. Циолковский в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» обнародовал первый технический проект космической ракеты для преодоления межзвёздных расстояний: «…поэтому, если бы можно было достаточно ускорить разложение радия или других радиоактивных тел, каковы, вероятно, все тела, то употребление его могло бы давать при одинаковых прочих условиях такую скорость реактивного прибора, при которой достижение ближайшего солнца (звезды) сократится до 10–40 лет. Тогда, чтобы ракета весом в тонну разорвала все связи с солнечной системой, довольно было бы щепотки радия».

До 50-х годов XX века проекты МП в принципе повторяли соображения К. Э. Циолковского. После создания ядерного оружия стали появляться более детальные проекты межзвёздных полётов, в частности проработки Ф. Дайсона на основе проекта ядерного взрыволёта «Орион», работы Л. Р. Шеферда .

Предсказанная П. Дираком и открытая в 1933 году аннигиляция дала толчок для исследований динамики релятивистских ракет .

Значительным продвижением работ в области МП стал проект Британского Межпланетного Общества (British Interplanetary Society, BIS) «Дедал» («Daedalus») в 1973–1978 годах. Результатом стал сам проект межзвёздного зонда и большое число других проектов и работ по исследованию различных частных аспектов МП .

Сегодня реализуются крупные комплексные исследовательские проекты «Икар» (BIS и Tau Zero Foundation) и «100-летний звездолёт» (DARPA).

За прошедшее со времён К. Э. Циолковского столетие появились тысячи публикаций по проблематике межзвёздных перелётов (МП). База AIAA по ключевому слову «interstellar» даёт, например, более тысячи публикаций. В последние десятилетия этот массив идей и рассуждений быстро растёт за счёт интернет-ресурсов.

Таким образом, появляется задача разработки вопросов методологии как работы с имеющимся массивом информации, так и с самими подходами к рассмотрению вопросов МП. Возникает необходимость рассматривать саму по себе проблематику МП в качестве объекта исследований.

Вопросы классификаций

Начинать приходится с классификации, упорядочивания имеющегося массива Проектов МП. С этой целью можно ввести понятие Проекта межзвёздного перелёта (МП). Проект МП – описание техники, способной преодолеть межзвёздное расстояние, – содержит два обязательных элемента: метод (методы) движения и время полёта.

Конструктивно любой проект межзвёздного перелёта можно разделить на блок двигательной установки (ДУ) и блок полезной нагрузки (ПН). Ключевым элементом любого проекта МП является принципиальная схема ДУ.

Также полезно классифицировать проекты МП по уровню реалистичности, который хорошо коррелирует с уровнем отработки той или иной схемы МП. Соответствующая классификация приведена в табл. 1.

Таблица 1. Классификация проектов МП по уровню реалистичности

Данная классификация является первым фильтром отбора Проектов МП для дальнейшей разработки/исследования. Выбрав уровень, можно не рассматривать те проекты, которые расположены ниже.

Помимо рассмотрения конкретных проектов МП, необходимо учитывать огромный объём информации по работам, которые прямо не направлены на решение проблемы МП, но связаны с ней либо просто необходимы для её решения. Это, например, работы по термоядерному синтезу, замкнутым системам жизнеобеспечения, поиску и исследованиям экзопланет. Так формируется база знаний, которая развивается вне зависимости от решения задач, непосредственно связанных с проектированием МП.

В табл. 2 приведена упрощённая классификация направлений, формирующих базу знаний, необходимую для исследований проблематики МП.

Таблица 2. База знаний по проблематике МП

Принципы исследований проблематики МП

Принцип – это руководящее положение, основное правило, установка для какой-либо деятельности. В то же время, при всей своей значимости, принципы не носят категорического характера, можно отказаться от любого принципа либо модифицировать его, но при этом важно понимать и объяснять причины такого отказа.

Формулировка и набор принципов полезны как для работы одного исследования, так и для координации разных работ. Принципы, так же как и классификации, могут использоваться для быстрой фильтрации заведомо бесперспективных направлений. При этом исследователь может выбирать уровень «жёсткости» требований, предъявляемых к реалистичности проекта.

Можно предложить следующий набор и общие формулировки принципов для разработки МП:

1. Принцип опоры на предвидимые технологии.

Этот принцип был постулирован для проекта «Дедал». В его основе два положения:

• на тех технологиях, которые существовали тогда (в 1973 году), и тех, которые существуют сегодня, межзвёздный полёт невозможен;
• опора на технологии, которые ещё не разработаны, на практике означает отказ от работы.

Предвидимые технологии теоретически обоснованы, их реализация требует только времени и денег.

2. Принцип отказа от «волшебной палочки» прогресса.

Этот принцип означает отказ от часто применяемого подхода к сложным задачам. От рассмотрения таких задач часто уклоняются под предлогом того, что их решения могут быть найдены в будущем. Однако нельзя перекладывать решение вопроса на будущее без пояснений возможности получения такого решения.

3. Принцип «финансовой абстракции».

Нет смысла оценивать финансовые затраты на реализацию того или иного МП, так как невозможно определить экономическую ситуацию на сотню лет вперёд.

4. «Гуманитарный» принцип.

Условия жизни на борту корабля должны быть не хуже средних условий жизни на Земле.

5. Принцип отказа от возвращения.

Возвращение на Землю экипажа космического корабля является главной целью любого пилотируемого полёта. Но это касается только полётов внутри Солнечной системы. Для МП, из-за больших дистанций и длительности полёта, возвращение не только технически недостижимо (см. Принцип 1), но и лишено смысла.

Мотивации полёта обратно к Земле практически нет. Конечно, ностальгия по месту происхождения неизбежна, но сам-то человек вернуться не сможет, до Земли долетят только его потомки. И выбор между освоением новых миров или возвращением своих потомков на Землю, скорее, будет сделан в пользу первого варианта.

Для того чтобы изучить и освоить огромную Галактику, Земле не надо посылать межзвёздные корабли к каждой звезде: достаточно заселить десяток планетных систем в ближайших звёздных окрестностях – в радиусе примерно 50 световых лет. 

Схема ближайших звёздных окрестностей Солнца и возможных маршрутов первых МП. Зелёный пунктир – возможные направления межзвёздных перелётов из Солнечной системы, красный – с уже освоенных систем. Числа – дистанции в световых годах

Дальнейшее движение осуществляется с освоенных систем новыми «дочерними» цивилизациями. А для Земли, после освоения окружающих её звёздных систем, Космическая эра, эра пространственной экспансии, заканчивается. Именно эта цель – преодоление межзвёздного пространства пилотируемыми аппаратами и освоение ближайших звёздных систем – и является «конечной» для земной космонавтики .

О практическом использовании исследований проблематики МП

Межзвёздные перелёты – дело далёкого (но предвидимого) будущего. Вместе с тем хотелось бы видеть практические результаты исследований уже в настоящем. Помимо несомненного познавательного и мировоззренческого значения, исследования проблематики МП могут эффективно использоваться в образовательном процессе. Эффективность такого использования определяется спецификой проблемы – опорой на синтез знаний в самых разных областях науки и техники.

Литература

1. Циолковский К. Э. Исследование мировых пространств реактивными приборами / Труды по ракетной технике. М.: Оборонгиз, 1947. 368 с.

2. Shepherd, L. R. Interstellar flight. J. Brit. Int. Soc., 1952.V.11. P. 149–167.

3. Зенгер Е. К механике фотонных ракет. М.: Иностранная литература,1958. 142 с.

4. Project Daedalus: Demonstrating the Engineering Feasibility of Interstellar Travel. The British Interplanetary Society, 2003. 390 p.

5. Моисеев И. М. Дорога к звёздам – самая дальняя дорога // Экология и жизнь. 2014. – 15 января.

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
The real Interstellar: space travel theories from Tsiolkovsky to wormholes
 журнал «ROOM» № 2(4) 2015