Почему человечество никогда не отправится к далеким звездам: проблемы покорения вселенной, романтика и реальность
Как только на город опускается тьма, мы поднимаем головы вверх и смотрим на звёзды. Они ведь есть, хоть и где-то далеко. Такие призрачные и настолько реальные одновременно. Смогут ли люди когда-то отправятся к этим сгусткам энергии или навсегда останутся прикованными к поверхности родной планеты?
Чего мы добились в покорении Вселенной?
На сегодняшний день у человека весьма сомнительные достижения в плане освоения космоса:
- Не было ни одной пилотируемой мисси к другой планете;
- Нога человека ступила только на спутник Земли и никуда более;
- На ближайшее время нет даже запланированных программ по покорению нашей звёздной системы;
- Подавляющее большинство космических стартов связано с запуском грузов на околоземную орбиту;
- В окружающем пространстве действует не более десятка исследовательских зондов, посылающих информацию на Землю.
Ещё о спутниках можно упомянуть – да здравствует надёжный интернет и навигация. И метеорология ещё, куда без неё. Но ведь всё это лишь игрушки – мы лишь вплотную подобрались к самому космическому пространству, но так и не решились сделать хоть ещё один шаг вперёд.
Почему сворачиваются исследовательские миссии
Как ни странно, космические программы, это очень дорогое удовольствие:
- Почти никакой финансовой отдачи космические агентства не получают;
- Большинство ракет и кораблей строятся для всего одного использования;
- Учитывая необходимый уровень качества и надёжности – производство одной ракеты обходится в десятки миллионов долларов;
- Сами путешествия в космосе – прямая угроза для жизни космонавтов, что добавляет дополнительные риски;
- Полученная теоретическая информация далеко не всегда имеет практическое применение на Земле.
Короче говоря – готовить космонавтов слишком долго и дорого, а ещё каждый из них может погибнуть в любой момент. Корабль неудачно стартовал, и вся команда сгорела в огромном огненном шаре – перспектива вполне реальная, такое уже случалось.
Да и сами корабли, вместе с ракетоносителями, не только дорого стоят, но ещё и отправляются на свалку истории уже после первого пуска. Представьте, что вы летите на частном самолёте. Каждый раз на новом, ведь после посадки воздушное судно самоуничтожается или это происходит при самой посадке, а вы вынуждены приземляться в спасательной капсуле. Долго сможете полетать, в таких условиях, когда постоянно необходимо покупать не самые дешёвые в мире самолёты?
Непреодолимый барьер
Но это всё лирика, ведь основной ограничитель заключается в другом ‒ до ближайшей звезды несколько световых лет. Чтобы было понятно – свет движется с максимальной скоростью, которая только существует во Вселенной. И даже у него уйдёт несколько лет на преодоление этого маршрута.
Сегодня лишь «Вояджер» является единственным рукотворным предметом, покинувшем пределы Солнечной системы. На это у него ушло порядка 40 лет и это лишь выход за пределы системы, на достижение другой уйдут десятки тысяч лет, при нынешних скоростях. К сожалению, человек смертен и попросту не может ждать столько времени. Цивилизации на Земле существуют примерно столько же, сколько придётся лететь.
Физики активно эксплуатируют теорию «кротовых дыр», о том, что отдалённые точки в пространстве могут соприкасаться при определённых условиях. Только на практике ни одной такой кротовой дыры мы так и не обнаружили, да и вероятность подобного «подарка» именно в нашей звёздной системе – не особо велика.
Первые шаги в вопросах колонизации
Теоретически, для достижения любой цели необходимо хоть что-то делать, а не сидеть на месте. Первыми шагами в освоении космоса может быть покорение Марса – планета вполне пригодна для существования, в условиях закрытых ферм и при наличии скафандров. Во всяком случае, до масштабного изменения климата, создания атмосферы и прочих проектов, которые на данный момент кажутся нереальными.
Для начала необходимо создать хоть какой-то форпост в космосе. Можно сказать, что уже сейчас существует станция на орбите, где постоянно обитают астронавты. Но опять-таки, это слишком близко к поверхности Земли. Речь идёт о Луне, а в идеале – о Марсе. Именно с покорения этой планеты может начаться экспансия человечества в другие миры. При условии, что колоссальные пустоты в межзвёздном пространстве будут хоть как-то преодолены.
Прогресс и романтика
Всего несколько столетий назад человек считал, что на облаках расположен рай. За такой незначительный промежуток времени представление об окружающей действительности значительно изменилось и учёные создали множество механизмов, которые наши предки даже представить себе не могли.
Возможно, это ожидает и наших потомков – удивление тем фактом, почему мы сами так поздно додумались до тех или иных технологий.
Свет звёзд: этот образ используется как в романтической литературе, так и в фантастике. Неизменно одно заявление – мы видим отражение, частицу прошлого и свет умерших миров. В этом есть доля правды, если учесть, что от далёких звёзд свет может идти десятки тысяч лет. Но разве это способно остановить стремление человечества к покорению окружающего пространства?
Фантасты дали нам образ – гигантские корабли, движущиеся в межзвёздном пространстве на протяжении десятилетий и даже столетий. Пассажиры, спящие в условиях анабиоза. Для них это путешествие происходит не только в пространстве, но и во времени. Возможно, когда-то будет реализовано нечто подобное. Но скорее всего, учитывая уровень технологий и низкую заинтересованность – космос останется непокорённым.
Мы родились слишком рано, чтобы осваивать звёзды. За будущие поколения говорить сложно, но на своем веку мы вряд ли увидим значимых открытий в этой области. Разве что, если вдруг произойдёт контакт с внеземной цивилизацией.
Видео: что будет, если все население Земли поднимется?
В данном ролике Лев Прокопьев расскажет, что может произойти, если все люди на планеты одновременно покинут Землю:
Источник
Межзвездные путешествия будут возможны раньше, чем вы думаете
Когда-то у человечества были амбиции, которые приводили к таким невероятным проектам, как первый полет человека в космос или миссия на Луну. Следующим шагом будет колонизация планет, а затем и межзвездное путешествие. Инициатива Breakthrough Starshot становится преемником человеческих амбиций и обещает проложить нам путь к ближайшим звездам.
Готовы к путешествию?
Breakthrough Starshot, детище российского предпринимателя-миллиардера Юрия Мильнера, стал известен в апреле 2016 года на пресс-конференции, в которой поучаствовали известные физики, в том числе Стивен Хокинг и Фримен Дайсон. И хотя проект пока нельзя назвать полноценным, предварительный план подразумевает отправку тысяч чипов размером с почтовую марку на больших серебристых парусах, которые сначала выйдут на земную орбиту, а затем будут ускорены наземными лазерами.
За две минуты лазерного разгона космический аппарат ускорится до одной пятой скорости света — в тысячу раз быстрее любого искусственного аппарата за всю историю человечества.
Каждый аппарат будет лететь 20 лет и собирать научные данные о межзвездном пространстве. Достигнув планет в звездной системе Альфы Центавра, встроенная цифровая камера будет фотографировать в высоком разрешении и отправлять снимки на Землю, позволяя нам взглянуть на наших ближайших планетарных соседей. В дополнение к научным знаниям мы можем узнать, подходят ли эти планеты для колонизации человека.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Команда, которая занимается Breakthrough Starshot, такая же впечатляющая, как и технологии. В совет директоров входят Мильнер, Хокинг и Марк Цукерберг, создатель Facebook. Роль исполнительного директора занимает Пит Уорден, бывший директор научно-исследовательского центра Эймса при NASA. Несколько известных ученых, включая нобелевских лауреатов, консультируют проект, а Мильнер положил 100 миллионов долларов собственных средств, чтобы работа началась. Вместе с коллегами они инвестируют более 10 миллиардов долларов в течение нескольких лет, чтобы работа завершилась.
Хотя вся эта затея кажется совершенно научно-фантастической, нет никаких научных препятствий для ее реализации. Это, впрочем, не обязательно должно произойти завтра: для того чтобы Starshot был успешным, необходим ряд достижений в области технологий. Организаторы и ученые-консультанты верят в экспоненциальный прогресс и в то, что Starshot реализуется в течение 20 лет.
Дальше вы найдете список из одиннадцати технологий Starshot и какие надежды на их экспоненциальное развитие в течение следующих двадцати лет возлагают ученые.
Обнаружение экзопланет
Экзопланета — это планета за пределами нашей Солнечной системы. Хотя первое научное обнаружение экзопланеты состоялось только в 1988 году, на 1 мая 2017 года было обнаружено 3608 экзопланет в 2702 планетарных системах. Хотя некоторые из них напоминают планеты в Солнечной системе, среди них есть много необычных, например, с кольцами в 200 раз шире колец Сатурна.
В чем причина такого наводнения открытий? Существенное совершенствование телескопов.
Всего 100 лет назад крупнейшим телескопом в мире был телескоп Хукера с зеркалом в 2,54 метра. Сегодня Очень Большой Телескоп Европейской южной обсерватории состоит из четырех больших телескопов диаметром 8,2 метра и являет собой самую продуктивную наземную астрономическую установку, выдающую по одной научной статье на экспертный обзор в день.
Ученые используют ОБТ и специальный инструмент для поиска твердых внесолнечных планет в потенциально обитаемой зоне звезды. В мае 2016 года ученые, использующие телескоп TRAPPIST в Чили, нашли не одну, а сразу семь экзопланет земных размеров в потенциально обитаемой зоне.
Между тем в космосе космический аппарат NASA Кеплер, специально разработанный для этой задачи, уже идентифицировал более 2000 экзопланет. Космический телескоп Джеймса Уэбба, который будет запущен в октябре 2018 года, обеспечит беспрецедентное представление о том, могут ли экзопланеты поддерживать жизнь. «Если у этих планет есть атмосфера, JWST станет ключом к раскрытию их секретов», говорит Дуг Хадгинс, ученый программы экзопланет в штаб-квартире NASA в Вашингтоне.
Заходите в наш специальный Telegram-чат. Там всегда есть с кем обсудить новости из мира высоких технологий.
Затраты на запуск
Это поможет решить многие трудности.
Starchip
Каждый 15-миллиметровый Starchip («звездный чип») должен содержать большой массив хитроумных электронных устройств, таких как система навигации, камера, лазер связи, радиоизотопная батарея, мультиплексор камеры и ее интерфейс. Инженеры надеются, что смогут ужать все это в маленьком аппарате размером с почтовую марку.
В конце концов, первые компьютерные чипы в 1960-х годов содержали горстку транзисторов. Благодаря закону Мура, сегодня мы можем уместить миллиарды транзисторов на каждом чипе. Первая цифровая камера весила несколько килограммов и делала 0,01-мегапиксельные изображения. Сегодня сенсор цифровой камеры делает высококачественные цветные изображения в 12 мегапикселей и умещается в смартфоне — наряду с другими сенсорами вроде GPS, акселерометра и гироскопа. И мы видим, как эти улучшения просачиваются в освоение космоса с появлением небольших спутников, обеспечивающих нам качественные данные.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Для успеха Starshot нам понадобится, чтобы масса чипа составляла около 0,22 грамма к 2030 году. Но если улучшения будут продолжать приходить такими же темпами, прогнозы предполагают, что это вполне возможно.
Легкий парус
Парус должен быть сделан из материала, который будет иметь высокую отражательную способность (чтобы набрать максимальный импульс от лазера), минимально поглощающий (чтобы не сгорел от тепла) и при этом очень легкий (позволял быстро разогнаться). Три эти критерия чрезвычайно важны, и в настоящее время подходящего материала для них просто не существует.
Необходимые достижения могут прийти от автоматизации искусственного интеллекта и ускорения обнаружения новых материалов. Такая автоматизация дошла до того, что методы машинного обучения сегодня могут «генерировать библиотеки кандидатов на подходящие материалы в десятки тысяч позиций» и позволяют инженерам определить, за какие стоит бороться и какие стоит тестировать при определенных условиях.
Хранение энергии
Хотя Starchip будет использовать крошечную радиоизотопную батарею в течение своего 24-летнего путешествия, нам все равно понадобятся обычные химические батареи для лазеров. Лазерам потребуется высвобождать колоссальную энергию в короткие сроки, а значит энергию придется хранить в батареях поблизости.
Аккумуляторы улучшаются примерно на 5-8% в год, хотя мы часто не видим этого, потому что уровень потребления энергии растет. Если батареи продолжат улучшаться в таком темпе, через двадцать лет они будут в 3-5 раз более емкие, чем сегодня. Другие инновации могут последовать за крупными инвестициями в сферу аккумуляторов. Совместное предприятие Tesla и Solar City уже поставило 55 000 в Кауаи, чтобы запитать большую часть своей инфраструктуры.
Лазеры и их применение
Тысячи мощных лазеров будут использоваться для продвижения аппарата вместе с парусом.
Лазеры подчинялись закону Мура почти так же, как интегральные схемы, умножая мощность вдвое через каждые 18 месяцев. За последнее десятилетие произошло резкое ускорение масштабирования мощности диодных и волоконных лазеров. Первые пробили 10 киловатт из одномодового волокна в 2010 году и 100-киловаттный барьер через несколько месяцев. В дополнение к сырой мощи нам также нужен успех в объединении фазированных матричных лазеров.
Скорость в космосе
Наша способность быстро двигаться… двигалась быстро. В 1804 году был изобретен поезд и очень скоро набрал неслыханную скорость в 100 километров в час. Космический аппарат «Гелиос-2» затмил этот рекорд в 1976 году: в самый быстрый момент «Гелиос-2» удалялся от Земли на скорости 356 040 км/ч. Спустя 40 лет космический аппарат «Новые горизонты» достиг гелиоцентрической скорости в 45 километров в секунду (более 200 000 километров в час). Но даже если двигаться с такой скоростью, потребуется много времени, чтобы добраться до Альфы Центавра за четыре световых года от нас.
Хотя разгон субатомных частиц до околосветовой скорости стал обычным делом для ускорителей частиц, макроскопические объекты так разогнать не получалось. Достижение 20% скорости света станет 1000-кратным увеличением скорости для любого объекта, построенного человеком.
Хранение памяти
Основой для расчетов стала способность хранить информацию. Starshot будет зависим от продолжающегося снижения стоимости и размеров цифровой памяти, чтобы обеспечить достаточное пространство для хранения своих программ и изображений, сделанных в звездной системе Альфа Центавра и ее планет.
Стоимость памяти снижалась экспоненциально в течение десятилетий: в 1970 году мегабайт стоит около миллиона долларов; сейчас — сущие копейки. Размер, необходимый для хранения, также сжался: от 5-мегабайтового жесткого диска, загружаемого в 1956 году при помощи вилочного погрузчика, до 512-гигабайтных USB-накопителей весом в несколько граммов.
Телекоммуникация в космосе
Как только Starchip сделает снимки, их нужно будет отправить на Землю для обработки.
Телекоммуникации существенно прогрессировали с тех пор, как Александр Грэм Белл изобрел телефон в 1876 году. Средняя скорость интернета сегодня — около 11 мегабит в секунду. Пропускная способность и скорость, необходимая для отправки цифровых изображений за 4 световых года — 40 триллионов километров — потребуют последних достижений в области телекоммуникаций.
Крайне многообещающей является технология Li-Fi, беспроводная передача которой обещает стать в 100 раз быстрее Wi-Fi. Также проводятся эксперименты в области квантовых телекоммуникаций, которые не будут быстрыми, но зато безопасными.
Вычисления перед полетом
Последним шагом проекта Starchip будет анализ данных, возвращаемых космическим аппаратом. Для этого нам придется положиться на экспоненциальное развитие вычислительной мощности, которая увеличилась в триллион раз за последние 60 лет.
Снижение стоимости вычислений в последнее время сильно связывают с облаками. Заглядывая в будущее и используя новые методы вычислений вроде квантовых, мы можем ожидать тысячекратного увеличения мощности к тому времени, когда Starshot будет возвращать данные. Такая исключительная вычислительная мощность позволит нам выполнять сложное научное моделирование и анализ нашей ближайшей соседней звездной системы.
Источник