10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Интересно

Межзвездные путешествия и колонизация теперь кажутся маловероятными.

Основные законы физики просто не позволяют этому случиться, и многие люди даже не считают это невозможным.

Другие ищут способы нарушить законы физики (или, по крайней мере, найти альтернативное решение), которые позволят нам путешествовать к далеким звездам и исследовать новые дивные миры.

Варп-двигатель Алькубьерре

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Все, что называется «варп-передачей», относится к «Звездному пути», а не к НАСА. Идея варп-двигателя Алькубьерре заключается в том, что это может быть возможным решением (или, по крайней мере, началом его исследований) для преодоления ограничений вселенной, что требует от вас путешествовать со скоростью, превышающей скорость света.

Основы этой идеи довольно просты, и НАСА использует пример с беговой дорожкой, чтобы объяснить ее. Хотя человек может двигаться с ограниченной скоростью на беговой дорожке, общая скорость человека и беговой дорожки означает, что конец будет ближе, чем если бы он ехал на обычной беговой дорожке. Беговая дорожка — это просто варп-двигатель, который движется сквозь пространство-время в своего рода расширяющемся пузыре. Перед единицей кривизны пространство-время сжимается. Он расширяется позади него. Теоретически это позволяет двигателю перемещать пассажиров быстрее скорости света. Считается, что один из ключевых принципов, связанных с расширением пространства-времени, позволил Вселенной быстро расшириться сразу после Большого взрыва. В теории идея должна быть вполне жизнеспособной.

Сложнее будет создать сам варп-двигатель, что потребует огромного количества отрицательной энергии вокруг самолета. Непонятно, возможно ли это в принципе. Никто не знает. Кроме того, манипулирование пространством-временем приводит к еще более сложным вопросам о путешествиях во времени, питании устройства отрицательной энергией и о том, как его включать и выключать.

Основная идея исходила от физика Мигеля Алькубьерре, который также объяснил возможности варп-двигателя движением по волнам пространства-времени, а не более длинным путем. Технически идея не нарушает законов движения быстрее скорости света, и ее математическое обоснование также говорит в пользу ее возможной реализации.

Межзвездный Интернет

ужасно, когда на Земле нет интернета и нельзя загрузить Google Maps на свой смартфон. Во время межзвездных путешествий без него будет еще хуже. Выход в космос — это только первый шаг, ученые уже начинают думать, что делать, когда нашим пилотируемым и беспилотным зондам придется отправлять сообщения на Землю.

В 2008 году НАСА провело первые успешные испытания межзвездной версии Интернета. Проект был запущен в 1998 году в рамках партнерства между Лабораторией реактивного движения НАСА (JPL) и Google. Десять лет спустя партнеры приобрели систему Disruption-Tolerant Networking (DTN), которая позволяет отправлять изображения на космический корабль, находящийся на расстоянии 30 миллионов километров.

Технология должна быть в состоянии справиться с длительными задержками и перерывами в передаче, чтобы она могла продолжать передачу, даже если сигнал прерывается на 20 минут. Он может проходить через что угодно, между солнечными вспышками и солнечными бурями и раздражающими планетами, которые могут мешать передаче данных без потери информации.

По словам Винта Серфа, одного из основателей нашего наземного Интернета и пионера межзвездного Интернета, система DTN преодолевает все проблемы, которыми страдает традиционный протокол TCP/IP, когда ему приходится работать на больших расстояниях, в космических масштабах. С TCP/IP поиск Google на Марсе будет занимать так много времени, что результаты будут меняться в процессе обработки запроса и информация будет частично потеряна в выдаче. В DTN инженеры добавили кое-что совершенно новое: возможность назначать разные доменные имена разным планетам и выбирать, на какой планете выполнять поиск в Интернете.

Как насчет путешествия на планеты, которые мы еще не знаем? Scientific American предполагает, что может быть способ, хотя и очень дорогостоящий и трудоемкий, провести Интернет на Альфу Центавра. Запустив серию самовоспроизводящихся зондов фон Неймана, можно создать длинную серию ретрансляционных станций, способных отправлять информацию по межзвездной цепочке. Сигнал, рожденный в нашей системе, пройдет через зонды и достигнет Альфы Центавра и наоборот. Правда, потребуется много зондов, постройка и запуск которых обойдутся в миллиарды. И вообще, учитывая, что самому дальнему космическому кораблю предстоит пройти свой путь тысячи лет, можно предположить, что за это время изменятся не только технологии, но и общая стоимость мероприятия. Мы не торопимся.

Читайте также:  10 жутких кораблекрушений, которые шокировали мир

Эмбриональная колонизация космоса

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Одна из самых больших проблем межзвездных путешествий — и колонизации в целом — это количество времени, которое требуется, чтобы добраться куда угодно, даже с некоторой кривизной в рукаве. Сама задача доставить группу колонистов к месту назначения создает много проблем, поэтому возникают предложения отправить не группу колонистов с полным экипажем, а корабль, полный эмбрионов – семян будущего человечества. Как только судно достигает нужного расстояния от пункта назначения, замороженные эмбрионы начинают расти. Затем они оставляют подрастающих детей на корабле, и, когда они, наконец, достигают места назначения, у них есть все навыки для зачатия новой цивилизации.

Конечно, все это, в свою очередь, порождает огромную кучу вопросов, например, кто и как будет заниматься выращиванием эмбрионов. Роботы могли бы вырастить людей, но каких людей воспитают роботы? Поймут ли роботы, что нужно ребенку, чтобы расти и развиваться? Смогут ли они понять наказания и награды, человеческие эмоции? Однако еще предстоит выяснить, как сохранить замороженные эмбрионы целыми в течение сотен лет и как вырастить их в искусственной среде.

Одним из предложенных решений, которое могло бы решить проблемы робота-няни, могло бы стать сочетание корабля с эмбрионами и корабля с анабиозом, в котором спят взрослые, готовые проснуться, когда им придется воспитывать детей. Теоретически серия лет отцовства в сочетании с возвращением в спячку может привести к стабильной популяции. Тщательно подготовленная партия эмбрионов может обеспечить генетическое разнообразие, которое будет поддерживать более или менее стабильную популяцию после создания колонии. В сосуд с эмбрионами также может быть включена дополнительная партия, что позволит еще больше разнообразить генетический фон в будущем.

Зонды фон Неймана

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Все, что мы строим и отправляем в космос, неизбежно сталкивается со своими проблемами, и кажется абсолютно невыполнимой задачей сделать что-то, что путешествует на миллионы миль и не горит, не разваливается и не исчезает. Однако решение этой проблемы, возможно, было найдено десятилетия назад. В 1940-х годах физик Джон фон Нейман предложил воспроизводимую механическую технологию, и хотя его идея не имела ничего общего с межзвездными путешествиями, к этому все неминуемо пришло. Следовательно, зонды фон Неймана теоретически можно было бы использовать для исследования обширных межзвездных территорий. По мнению некоторых исследователей, представление о том, что все это было до нас, не только напыщенно, но и маловероятно.

Ученые из Эдинбургского университета опубликовали статью в International Journal of Astrobiology, в которой исследовали не только возможность создания такой технологии для собственных нужд, но и вероятность того, что кто-то уже это сделал. Основываясь на предыдущих расчетах, которые показали, как далеко может двигаться аппарат, используя разные режимы движения, ученые исследовали, как изменится это уравнение применительно к самовоспроизводящимся аппаратам и зондам.

Расчеты ученых были построены вокруг самовоспроизводящихся зондов, которые могли бы использовать обломки и другие космические материалы для создания более молодых зондов. Родительский и дочерний зонды будут размножаться так быстро, что покроют всю галактику всего за 10 миллионов лет, при условии, что они будут двигаться со скоростью 10% скорости света. Однако это означало бы, что в какой-то момент нас должны были посетить некоторые из этих зондов. Поскольку мы их не видели, можно найти удобное объяснение: либо мы недостаточно технологически развиты, чтобы знать, где искать, либо мы действительно одни в галактике.

Рогатка с черной дырой

Идея использовать гравитацию планеты или луны для выстрела, например из рогатки, не раз и не два брали на вооружение в нашей Солнечной системе, в основном “Вояджером-2”, получившим дополнительный импульс от Сатурна, а затем от Урана, выходящего из системы… Идея заключается в маневрировании корабля, что позволит ему увеличивать (или уменьшать) свою скорость по мере движения через гравитационное поле планеты. Писатели-фантасты особенно любят эту идею.

Писатель Кип Торн выдвинул идею: такой маневр мог бы помочь аппарату решить одну из самых больших проблем межзвездных путешествий: расход топлива. И предложил более рискованный маневр: ускорение с помощью бинарных черных дыр. Чтобы пройти критическую орбиту от одной черной дыры к другой, потребуется минута, чтобы сжечь топливо. Совершив несколько оборотов вокруг черных дыр, аппарат приобретет околосветовую скорость. Остается только хорошо прицелиться и активировать тягу ракеты, чтобы проложить курс к звездам.

Читайте также:  Напечатай светодиод

Навряд ли? Да Замечательно? Решительно. Торн указывает, что с такой идеей связано много проблем, таких как точные расчеты траекторий и времени, что не позволит отправить аппарат напрямую к ближайшей планете, звезде или другому телу. Есть вопросы и по возвращению домой, но если вы уж решитесь на такой маневр, возвращаться точно не планируете.

Прецедент такой идеи уже сформирован. В 2000 году астрономы обнаружили 13 сверхновых, летящих по галактике с ошеломляющей скоростью 9 миллионов километров в час. Ученые Иллинойского университета в Урбане-Шампани обнаружили, что эти своенравные звезды были выброшены из галактики парой черных дыр, которые попарно замкнулись в процессе разрушения и слияния двух отдельных галактик.

Starseed Launcher

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Когда дело доходит до запуска самовоспроизводящихся зондов, возникает проблема с расходом топлива. Это не мешает людям искать новые идеи по запуску зондов на межзвездные расстояния. Этот процесс потребовал бы мегатонн энергии, если бы мы использовали технологии, которые у нас есть сегодня.

Форрест Бишоп из Института атомной инженерии сказал, что он создал метод запуска межзвездных зондов, для которого потребуется примерно столько же энергии, сколько автомобильному аккумулятору. Теоретическая пусковая установка Starseed будет иметь длину около 1000 километров и будет состоять в основном из проволоки и проволоки. Несмотря на свою длину, все это могло поместиться на одном торговом судне и заряжаться от 10-вольтовой батареи.

Часть плана включает в себя запуск зондов, которые имеют массу чуть больше микрограмма и содержат только основную информацию, необходимую для дальнейшего запуска зондов в космос. Миллиарды таких зондов могут быть запущены серией пусков. Суть плана в том, что самовоспроизводящиеся зонды смогут сливаться друг с другом после запуска. Сама пусковая установка будет оснащена сверхпроводящими катушками магнитной левитации, создающими обратную силу для обеспечения тяги. Бишоп говорит, что необходимо проработать некоторые детали плана, такие как противодействие межзвездному излучению и обломкам с помощью зондов, но в целом строительство можно начинать.

Особые растения для космической жизни

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Как только мы доберемся до чего-то, нам понадобятся способы выращивания пищи и регенерации кислорода. У физика Фримана Дайсона было несколько интересных идей, как это сделать.

В 1972 году Дайсон прочитал свою знаменитую лекцию в Биркбек-колледже в Лондоне. При этом он предположил, что с помощью некоторых генетических манипуляций можно было бы создать деревья, способные не только расти, но и процветать на негостеприимной поверхности, такие как кометы, например. Перепрограммируйте дерево, чтобы оно отражало ультрафиолетовый свет и сохраняло воду более эффективно, и дерево не только укоренится и вырастет, но и вырастет до размеров, невообразимых по земным меркам. В одном из интервью Дайсон предположил, что в будущем могут появиться черные деревья как в космосе, так и на Земле. Кремниевые деревья были бы более эффективными, а эффективность — ключ к долгосрочному выживанию. Дайсон отмечает, что этот процесс не продлится и минуты — может быть, лет через двести мы, наконец, поймем, как выращивать деревья в космосе.

Идея Дайсона не так уж и абсурдна. Институт передовых концепций НАСА — это целый отдел, занимающийся решением проблем будущего, в том числе задачей выращивания устойчивых растений на поверхности Марса. Тепличные растения на Марсе также будут расти в экстремальных условиях, и ученые ищут варианты, чтобы сопоставить растения с экстремофилами, крошечными микроскопическими организмами, которые выживают в самых суровых условиях на Земле. От альпийских помидоров, которые обладают встроенной устойчивостью к ультрафиолетовым лучам, до бактерий, которые выживают в самых холодных, самых жарких и самых глубоких уголках земного шара, мы могли бы когда-нибудь разбить марсианский сад. Осталось только придумать, как собрать все эти кирпичи вместе.

Локальная утилизация ресурсов

Жизнь с земли может быть новой тенденцией на Земле, но когда дело доходит до ежемесячных космических миссий, это становится необходимым. НАСА в настоящее время занимается, в том числе, изучением вопроса использования местных ресурсов (ISRU). На космическом корабле не так много места, и строительные системы потребуются для использования материалов, найденных в космосе и на других планетах, для любой долгосрочной колонизации или путешествия, особенно когда пункт назначения становится местом, где будет очень трудно достать припасы топливо, еда и т. Первые попытки продемонстрировать возможности использования местных ресурсов были предприняты на склонах гавайских вулканов и во время полярных экспедиций. В перечень мероприятий входят такие пункты, как извлечение топливных компонентов из золы и других естественно доступных грунтов.

Читайте также:  NASA предупредило о приближающемся к Земле астероиде

В августе 2014 года НАСА сделало громкое заявление, представив новые игрушки, которые отправятся на Марс вместе со следующим марсоходом, который будет запущен в 2020 г. Среди инструментов в арсенале нового марсохода — MOXIE, эксперимент по локальному использованию ресурсов в форме марсианского кислорода. MOXIE соберет непригодную для дыхания атмосферу Марса (96% углекислого газа) и разделит ее на кислород и окись углерода. Устройство сможет производить 22 грамма кислорода за каждый час работы. НАСА также надеется, что MOXIE сможет продемонстрировать еще кое-что: стабильную производительность без ущерба для производительности или эффективности. MOXIE может стать не только важным шагом на пути к долгосрочным внеземным миссиям, но и проложить путь для многих потенциальных преобразователей вредных газов в полезные.

2suit

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Размножение в космосе может стать проблематичным на многих уровнях, особенно в условиях микрогравитации. В 2009 году японские эксперименты на мышиных эмбрионах показали, что даже когда оплодотворение происходит в условиях ненулевой гравитации, эмбрионы, развивающиеся за пределами обычной (или эквивалентной) гравитации Земли, не развиваются нормально. Проблемы возникают, когда клеткам приходится делиться и выполнять специальные действия. Это не означает, что оплодотворения не происходит: мышиные эмбрионы, зачатые в космосе и имплантированные самкам наземных мышей, успешно росли и рождались без проблем.

Возникает и другой вопрос: как именно работает производство детей в условиях микрогравитации? Законы физики, особенно тот факт, что каждое действие имеет равное и противоположное противодействие, делают его механику немного смешной. Ванна Бонта, писательница, актриса и изобретательница, решила серьезно заняться этой проблемой.

И он создал 2suit: костюм, в котором два человека могут спрятаться и начать рожать детей. Даже проверили. В 2008 году 2suit был протестирован на так называемой Vomit Comet (самолет, который делает крутые повороты и создает мельчайшие условия невесомости). В то время как Бонта предполагает, что благодаря его изобретению можно устроить медовый месяц в космосе, костюм имеет более практическое применение, например, для поддержания тепла тела в чрезвычайной ситуации.

Проект Longshot

10 возможных решений проблем межзвездных путешествий

Проект Longshot был совместно разработан группой из Военно-морской академии США и НАСА в конце 1980-х годов. Конечной целью плана был запуск чего-то в начале 21 века, а именно беспилотного зонда, который отправится к Альфе Центавра. Ему потребовалось 100 лет, чтобы достичь своей цели. Но прежде чем он станет активным, ему потребуются некоторые ключевые компоненты, которые также необходимо будет разработать.

Помимо лазеров связи, долговечных ядерных реакторов деления и инерционного ракетного двигателя с лазерным синтезом, были и другие элементы. Космический корабль должен был приобрести независимое мышление и функции, поскольку было бы почти невозможно общаться на межзвездных расстояниях достаточно быстро, чтобы информация оставалась актуальной после того, как она достигла пункта назначения. Он также должен был быть невероятно прочным, так как зонд достигнет пункта назначения через 100 лет.

Лонгшот будет отправлен на Альфу Центавра с разными задачами. По сути, ему нужно было собрать астрономические данные, которые позволили бы точно рассчитать расстояния до миллиардов, если не триллионов, других звезд. Но если ядерный реактор, питающий аппарат, разрядится, миссия тоже остановится. Longshot был очень амбициозным планом, который так и не был реализован.

Но это не значит, что идея умерла в зародыше. В 2013 году проект Longshot II буквально взлетел в виде студенческого проекта Icarus Interstellar. С момента появления оригинальной программы Longshot прошли десятилетия технологических достижений, они могут быть применены к новой версии, и программа в целом претерпела серьезные изменения. Расходы на топливо были пересмотрены, миссия была сокращена вдвое, а вся конструкция Longshot была полностью переработана.

Окончательный вариант станет интересным показателем того, как меняется неразрешимая проблема по мере добавления новых технологий и информации. Законы физики остаются прежними, но спустя 25 лет у Лонгшота появляется возможность обрести второе дыхание и показать нам, какими должны быть будущие межзвездные путешествия.

Один источник

Оцените статью
Добавить комментарий