Последний космический шанс Первушин Антон
Астероид-убийца» (2004), «Солнечная империя. Удар» (2004), «Конец света» (2005), «С точки зрения науки. Атака астероида» (2006), «Кометы: цель – Земля?» (2007), «Суперкомета» (2007), «Столкновение с кометой» (2009). Это далеко неполный список телефильмов, в которых астрономы и космические инженеры активно запугивают нас приближающимся Армагеддоном.
Все эти фильмы сделаны по одному шаблону. Сначала зрителю рассказывают, как его предки боялись комет и метеоритов, затем демонстрируют страшные кратеры, не забыв упомянуть о вымерших динозаврах, после чего переходят к комете Шумейкеров – Леви 9, показав, к каким последствиям приведет столкновение Земли с подобным небесным телом. В финале обычно звучит мрачный вывод, который в фильме «Армагеддон» был вынесен в эпиграф: «Такое случалось раньше. Такое случится снова. Вопрос лишь в том: когда?»
Чтобы ответить на последний животрепещущий вопрос, в 1998 году была создана Служба отслеживания околоземных объектов НАСА (Near Earth Object Program Office at NASA”s Jet Propulsion Laboratory). Она объединяет ведущих американских астрономов, крупнейшие телескопы, орбитальные обсерватории и даже военные радары с целью найти и изучить малые тела Солнечной системы, которые пересекают или могут когда-нибудь пересечь орбиту Земли. Кроме того, существует программа «Космическая стража» (“SpaceGuard”), в которой участвуют независимые наблюдатели и обсерватории по всему миру.
Количество «угрожающих» объектов исчисляется тысячами, однако в настоящий момент твердо установлено, что непосредственную опасность представляет только один из них – астероид 99942 Апофис (99942 Apophis, 2004 MN4). Длина его составляет всего 350 м при массе 21,4 млн т. Астрономы предсказали, что вероятность столкновения Апофиса с нашей планетой достигнет значимой величины в апреле 2036 года. Но это вовсе не означает, что столкновение произойдет. А если и произойдет, то и тогда «конца света» не случится: на месте падения образуется кратер размером в 6 км, а энерговыделение составит около 500 мегатонн, что Земля вполне может выдержать (для сравнения – извержение вулкана Кракатау в 1883 году был эквивалентен примерно 200 мегатоннам). Куда упадет астероид? Ученые подсчитали, что в «зоне риска» оказались южные районы России, север Тихого океана, Никарагуа и Коста-Рика, Колумбия и Венесуэла.
Таким образом, материальные и людские потери при падении Апофиса в густонаселенном районе будут не слишком велики, но проверить на себе никто не хочет – Земля у нас все-таки одна. Поэтому в настоящее время обсуждаются несколько проектов космических аппаратов, которые не только уточнят характеристики астероида для дальнейшего моделирования и более тщательной оценки исходящей от него угрозы, но и смогут защитить Землю от катастрофического удара.
Прежде всего на Апофисе будет размещен радиомаяк (транспондер). Российские конструкторы из НПО имени С. А. Лавочкина предлагали сделать это прямо в 2012 году, создав на основе аппарата «Фобос-Грунт» новую станцию «Апофис» для полета к астероиду. Однако идею не поддержало руководство Роскосмоса, а теперь, после фиаско «Фобос-Грунта», скорее всего, и не поддержит. Альтернативой российскому предложению стал конкурсный проект «Форсайт» (“Foresight”), подготовленный инженерами НАСА. Если его примут к разработке, то в ближайшие годы будет создан небольшой и максимально простой аппарат, который отправится к Апофису, выйдет на орбиту с астероидом в центре и проведет спектральный анализ его поверхности. Через месяц «Форсайт» продолжит полет рядом с ним, на расстоянии 2 км, используя лазерную локацию для слежения за мельчайшими изменениями в движении этого небесного тела.
Далее возможны варианты. Если будет доказано, что астероид неизбежно столкнется с Землей, в его сторону отправится перехватчик. Агентство НАСА подготовило проект перехватчика астероидов с разделяющимися ядерными боеголовками (миссия “Cradle” – «Колыбель»). Космический аппарат длиной 8,9 м будет нести шесть полуторатонных перехватчиков, каждый из которых оснастят ядерной боеголовкой В83 мощностью 1,2 мегатонны. Шесть перехватчиков должны быть выпущены уже на подлете к астероиду – за сто часов до пересечения с ним «материнского» аппарата. Они стартуют навстречу космической скале с часовым интервалом, и каждый взорвется на расстоянии одной трети диаметра астероида. Рентгеновские и гамма-лучи, нейтроны, полученные от взрыва, превратят часть поверхности скалы в расширяющуюся плазму, которая создаст реактивную силу, уводящую астероид с опасной траектории. Если будет принято решение о необходимости свести Апофис с его орбиты, то перехватчик должен стартовать с Земли не позднее 2021 года.
Однако, как показывают расчеты, использование ядерной взрывчатки хоть и эффектно, но не слишком-то эффективно. Куда более надежным выглядит проект астронавтов Эдварда Лю и Стэнли Лав, которые предложили использовать «гравитационный трактор» (“Gravity tractor”). Это будет сравнительно крупный автоматический корабль, который по прибытию на место должен неподвижно зависнуть над астероидом на небольшой высоте. Затем «трактор» включает свои электроракетные двигатели и начинает медленно-медленно ускоряться. Астероид будет смещаться вслед за машиной – просто за счет силы гравитационного притяжения между скалой и космическим аппаратом. Нужно лишь регулировать силу тяги так, чтобы корабль не улетел прочь. И хотя сила притяжения будет чрезвычайно мала, по расчетам авторов проекта, «трактор» массой 20 т способен увести с опасной траектории двухсотметровый астероид всего за один год буксировки.
Аналогичные расчеты проделала группа специалистов из Лаборатории реактивного движения НАСА. Этот проект финансирует Расти Швейкарт – бывший астронавт программы «Аполлон» и председатель Фонда B612. Рассматривалось гравитационное влияние «трактора» массой в одну тонну на гипотетический астероид диаметром 140 м.
Космический гравитационный «трактор»
Было показано, что даже слабый гравитационный рывок с расстояния в 150 м позволит менять траекторию космического тела со скоростью 0,22 микрона в секунду.
Свой вариант «гравитационного трактора» предлагает группа британских инженеров во главе с Ральфом Корди. Космический аппарат массой 10 т будет подходить к опасным астероидам на достаточно близкое (около 48 м) расстояние. Согласно расчетам, гравитационного воздействия будет достаточно, чтобы отклонить даже массивные астероиды диаметром 400 м.
Еще более оригинальным выглядит проект инженеров американской компании SEI (“Space Works Engineering”). Их идея состоит в том, чтобы высадить на астероид рой малых роботов, которые будут зарываться в грунт, выбрасывая породу в открытый космос и создавая таким образом импульс для изменения траектории небесного тела. Роботы, над которыми думают в SEI, по сути, являются космическими кораблями массой около тонны и высотой 11 м и называются “MADMEN” (“Modular Asteroid Deflection Mission Ejector Node”), что дословно переводится как «Безумцы». На вопрос, сколько роботов потребуется для выполнения поставленной задачи, однозначного ответа нет. Возможно, их понадобится несколько тысяч, а может быть – не больше двух-трех. Выбор зависит от времени предполагаемого столкновения, размера астероида и других факторов.
5.3. Сокровища астероидов
Рассматривать астероиды только лишь как потенциальную угрозу в корне неверно. Они вполне могут стать ближайшими целями космической экспансии, заменив Луну или Марс, и поэтому требуют пристального изучения. Межпланетные аппараты «информационного» поколения открывают совершенно новые возможности в этом плане.
Первым исследователем астероидов стал американский космический аппарат «Галилео» («Galileo»), созданный для изучения спутников Юпитера. Стартовав 18 октября 1989 года, он вскоре вошел в главный пояс астероидов и передал на Землю множество детальных снимков Гаспры (951 Gaspra), Иды (243 Ida) и ее спутника Дактиля (Dactyl).
Если «Галилео» заснял астероиды главного пояса с пролетной траектории, то следующий аппарат «Шумейкер» (“NEAR Shoemaker”, “Near Earth Asteroid Rendezvous Shoemaker”,) конструировался под задачу изучения астероидов, которые сближаются с Землей. Его главной целью стал астероид Эрос (433 Eros). Сегодня орбита этого довольно большого и вытянутого по форме астероида (длиной 34 км и массой 6,69 трлн т) не пересекается с земной (в перигелии она составляет 1,13 астрономических единиц). Однако в течение ближайшего миллиона лет она может измениться, а еще через полмиллиона лет возникнет реальная вероятность столкновения с нашей планетой. Удар такого астероида наверняка вызовет гибель земной биосферы, посему к нему и проявляют особый интерес.
Американский межпланетный аппарат «NEAR Shoemaker»
Снимок астероида Матильда, сделанный аппаратом «NEAR Shoemaker»
«Шумейкер» стартовал 17 февраля 1996 года, облетел Солнце и сделал более пятисот снимков астероида Матильда (253 Mathilde); затем аппарат совершил еще несколько маневров и 14 февраля 2000 года вышел на орбиту Эроса. Там он проработал до 12 февраля 2001 года, делая снимки поверхности и снимая спектры. В тот день по команде с Земли был выдан тормозной импульс, и аппарат начал медленное снижение. Через двое суток он совершил мягкую посадку, став первым в истории рукотворным предметом на поверхности астероида, где проработал еще пару недель. По итогам этой уникальной миссии были составлены подробнейшие трехмерные карты Эроса, но главное – с помощью спектрометра гамма- и рентгеновского излучения был определен его химический состав. Оказалось, что Эрос сложен в основном из силикатов, однако на поверхности были обнаружены магний, алюминий, цинк, кальций, кремний, железо, золото, серебро и платина.
Японский межпланетный аппарат «Hayabusa»
Хотя содержание металлов кажется незначительным (около 3 % от массы астероида) ученые подсчитали, что если, к примеру, добыть из него все золото, то его количество будет больше, чем запасы этого драгоценного металла, накопленные на Земле. Столь же богатым потенциалом обладают месторождения алюминия, серебра, цинка. Общая стоимость цветных и драгоценных металлов, которые можно добыть из Эроса, оценивается в 20 трлн долларов. Настоящая сокровищница! А ведь Эрос – далеко не самый крупный и не самый «насыщенный» металлами астероид из известных нам.
Еще более интересный эксперимент решились провести японские ученые. Построенный ими аппарат «Хаябуса» (“Hayabusa” «Сапсан», MUSES-C) отправился в космос 9 мая 2003 года. Через два года он вышел на орбиту сближающегося астероида Итокава (25143 Itokawa), открытого, кстати, в рамках программы НАСА по поиску «угрожающих» небесных тел, и «завис» на расстоянии 20 км, приступив к исследованиям. Планировалось, что «Хаябуса» совершит три посадки на астероид в разных местах и соберет образцы грунта. Однако программу миссии пришлось пересмотреть из-за технических сбоев. В ноябре 2005 года «Хаябуса» совершил несколько маневров рядом с астероидом, сбросив на его поверхность прыгающего миниробота «Минерва» (“Minerva”, “Micro/ Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid”), который должен был передавать с Итокавы стереоскопические снимки. Попасть в астероид оказалось непросто – миниробот промахнулся и улетел в открытый космос. 20 ноября японские ученые все же дали команду на новый спуск к астероиду, на него была сброшена мишень. Но в самый ответственный момент с аппаратом «Хаябуса» потеряли связь, он ударился, «спружинил», потом медленно опустился на поверхность, заваливаясь на бок, после чего все-таки получил команду с Земли и взлетел. Вторую попытку забрать грунт японцы предприняли 26 ноября, и она оказалась вполне успешной, хотя доставка образцов на Землю опять же не обошлась без приключений. Лабораторное изучение грунта – первого грунта с астероида в истории! – показало, что новейшие теории образования астероидов в принципе верны. Материал Итокавы родственен каменным метеоритам (хондритам), которые, как считается, формировались непосредственно из протопланетного облака. Кроме того, астероид оказался частью более массивного тела диаметром порядка 20 км, которое было разрушено столкновением уже после завершения процесса формирования последнего.
Европейский межпланетный аппарат «Rosetta»
Исследования астероидов продолжаются. Европейский аппарат «Розетта» (“Rosetta”), стартовавший в феврале 2004 года, по дороге к комете 67Р Чурюмова – Герасименко успел в подробностях заснять два астероида главного пояса: Штейнс (2867 Steins) и Лютецию (21 Lutetia). Последний из астероидов считается древнейшим, он сформировался вместе с Солнечной системой, однако давно вызывал вопросы у астрономов: по блеску его относили к классу металлических астероидов, а результат радиолокации соответствовал «хондритным». Точные измерения, проделанные приборами «Розеттой», разрешили эту загадку: оказалось, что поверхность Лютеции покрыта гидратированными минералами, а ее реальная плотность ниже расчетной.
Снимок астероида Лютеция, сделанный аппаратом «Rosetta»
Неплохие снимки астероидов передали и другие аппараты: «Стардаст» (“Stardust” с англ. «Звездная пыль») запечатлел астероид Аннафранк (5535 Annefrank), а «Новые горизонты» (“New Horizons”) – астероид 132524 APL.
Пожалуй, самые замечательные открытия выпали на долю американского аппарата «Рассвет» (“Dawn”). Он был запущен 23 сентября 2007 года, подробно изучил каменистый астероид главного пояса Веста (4 Vesta). На Весте были обнаружены темные образования, схожие по структуре с лунными «морями» и огромный кратер Реясильвия диаметром 500 м, свидетельствующий о древнем столкновении, которое едва не разрушило астероид до основания. Закончив с Вестой, в феврале 2015 года «Рассвет» добрался до Цереры, которая ныне получила статус «карликовой» планеты, и в настоящее время проводит ее картографирование. Особый интерес у исследователей вызывают ярко-белые пятна на поверхности – скорее всего, это выходы водного льда, который под слоем грунта покрывает почти всю Цереру, или экзотические криовулканы, выдающие наличие слабой тектонической активности.
Американский межпланетный аппарат «Dawn»
Как видите, мир астероидов разнообразен, но исследован ничтожно мало. Фактически человечество только-только подступилось к нему. Главная проблема – микрогравитация, которая не позволяет совершить спокойную посадку на астероид: любой объект придется как-то «прижимать» к поверхности, чтобы он случайно не улетел в космос. Но в этом есть и преимущества: для работы на астероиде не понадобятся значительные запасы топлива, как на Луне.
Снимок астероида Веста, полученный аппаратом «Dawn»
Так или иначе, но астероидами будут заниматься. Необходимо разведать ресурсы этих тел, чтобы впоследствии понять, как их можно использовать при развитии межпланетной инфраструктуры. Например, астероид 1986 DA в диаметре 2,3 км состоит из сплава железа с никелем и подходит к Земле на достаточно близкое расстояние. Астероид Клеопатра (216 Kleopatra), по внешнему виду очень похожий на «сахарную косточку», имеет довольно приличные размеры (217 км в длину) и тоже состоит из железо-никелевого сплава. Однако добираться до него долго и скучно – нас разделяют 170 млн км пустоты. Находящийся не так далеко от Земли двухкилометровый астероид Амон (3554 Amun) целиком состоит из металлов. Стоимость железа и никеля этого астероида оценивается в 8 трлн долларов, кобальта – в 6 трлн, металлов платиновой группы – примерно в 6 трлн.
Специалисты утверждают, что в любом металлическом астероиде диаметром 1 км содержатся запасы сырья, пятикратно превышающие годовое потребление стали в мире. Конечно же, нет нужды тащить все эти металлы на Землю, но любое сырье в космосе бесценно само по себе, ведь его можно использовать для строительства крупногабаритных конструкций. Высшая школа горных наук Колорадо в инициативном порядке приступила к изучению возможности добычи полезных ископаемых на астероидах: коллективом преподавателей и студентов конструируется установка для отделения металлов и воды от других пород этих малых тел.
Очевидно, в скором времени следует ожидать пилотируемый полет к одному из ближайших астероидов. И этот космический рейс будет куда эффектнее и значимее для земной цивилизации, чем очередная экспедиция на Луну.
5.4. Первые на астероиде
Давайте вернемся немного назад. Мы помним, что в 2009 году американский президент Барак Обама поручил комиссии Нормана Огастина изучить обоснованность программы «Созвездие» и изыскать возможности сокращения бюджета НАСА в условиях экономического кризиса. В ходе анализа члены комиссии пришли к выводу, что для реализации всех планов, заложенных в программе, необходимо, наоборот, увеличить финансирование НАСА, но и это не гарантирует, что ракеты «Арес» и корабль «Орион» будут построены в срок, а американский астронавт высадится на Луну до конца 2020-х годов. В качестве альтернативы комиссия предложила свою программу космической экспансии, названную «Гибкий путь» (“Flexible Path”), и этот вариант президент Обама фактически узаконил в качестве главной стратегической линии для НАСА, выступив с «апрельскими тезисами» во время своего посещения Космического центра имени Кеннеди (Флорида).
Комиссия Огастина исходила из концепции постепенного совершенствования межпланетных средств транспортировки через реализацию небольших, но ярких задач в ближнем и дальнем космосе. Когда будут построены универсальный корабль «Орион-MPCV» и сверхтяжелая ракета-носитель SLS к нему, НАСА предстоит организовать несколько важных для дальнейшего развития миссий.
В первую очередь состоится тренировочный полет вокруг Луны продолжительностью до двух недель. За ним последуют визиты в точки Лагранжа систем Земля-Луна (20 суток) и Земля-Солнце (от 30 до 90 суток). Что могут дать эти экспедиции? Точки Лагранжа (или «точки либрации») – это точки равновесия гравитационных сил между двумя космическими телами, находящимися на стабильных орбитах, причем их несколько: одна находится между телами, другие – с разных сторон от тел. В точках Лагранжа, называемых «гравитационными ловушками», не только удобно размещать космические обсерватории, но можно поискать обломки астероидов, реликтовую космическую пыль или даже гипотетические зонды инопланетян. Астрономы уже проводили наблюдения этих районов и обнаружили трехсотметровый «троянский» астероид 2010 TK7 в L4 («треугольная» точка Лагранжа) на расстоянии 25 млн км от Земли. Согласно другим наблюдениям, в L5 (противоположная «треугольная» точка Лагранжа) находится большое скопление межпланетной пыли (так называемые «облака Кордылевского»).
В период полетов до точек Лагранжа и обратно может состояться рейс к одному из модулей программы «Аполлон» или разгонному блоку запущенного в 1960-е годы межпланетного аппарата, которые до сих пор летят по орбите рядом с Землей (например, объект J002E3 оказался разгонным блоком «Аполлона-12»).
Перспективная сверхтяжелая ракета-носитель SLS
Взятие проб конструкционных материалов с них поможет узнать, какое долговременное влияние на земные творения оказывает космическая среда. На следующем этапе целями космических рейсов станут астероиды, сближающиеся с Землей.
Их принято разделять на три группы: «амуры» пересекают орбиту Марса, но не всегда орбиту Земли (астероид Эрос, который мы обсуждали выше, относится к «амурам»); «аполлоны» являются околоземными астероидами, орбиты которых пересекаются с земной с периодом больше одного года; «атоны» пересекают нашу орбиту с периодом менее одного года, то есть «ходят» вокруг Солнца внутри орбиты Земли (астероид Апофис, которым запугивают обывателей, как раз принадлежит к «атонам»). В настоящий момент открыты и каталогизированы 3729 «амуров», 6923 «аполлонов», 937 «атонов» – есть где развернуться!
Впрочем, комиссия Огастина предложила на первом этапе ограничиться визитами к астероидам из группы «аполлонов»: 2007 UN12 (миссия займет 190 суток) и 2001 GP2 (300 суток). Будут совершены высадки астронавтов на поверхность, установлено долгоживущее научное оборудование, изучен химический состав грунта и собраны его образцы. Первый исторический полет к астероиду может состояться в 2025 году. Затем, возможно, наступит и очередь Апофиса, поскольку в 2029 году тот пройдет на минимальном расстоянии от Земли – 37 500 км. В дальнейшем планируется отправить к одному из небольших астероидов (не более 7–8 метров в поперечнике и не тяжелее 500 т) беспилотный аппарат, который сможет «заарканить» его и отбуксировать на селеноцентрическую орбиту для дальнейшего изучения и использования.
Среди других планов «Гибкого пути»: облет на пилотируемом корабле Марса и Венеры без высадки на поверхность (440490 суток), высадка на спутники Марса (780 суток). Экспедиции на Луну тоже рассматриваются как необходимые, но не первоочередные. Комиссия Огастина указывает, что предложенная программа обеспечивает наиболее быстрое возвращение США в космос, наибольшую частоту оригинальных запусков, а также позволяет «гибко» совместить пилотируемые миссии с беспилотными. Так например, облетая Марс, астронавты могут сбросить с корабля автоматические сборщики грунта, а потом, уже в космосе, подобрать заполненные капсулы и доставить их на Землю.
Подготовка к пилотируемой экспедиции на астероид потихоньку началась. Для этого агентство НАСА использовало подводный дом «Аквариус» (“Aquarius” с англ. «Водолей»), расположенный на глубине 18 м у берегов Флориды. В ходе проведенных там экспериментов NEEMO-15 (октябрь 2011 года) и NEEMO-16 (июнь 2012 года) отрабатывались процедуры высадки и закрепления на астероиде. Самым сложное – это перемещение по астероиду, ведь один сильный толчок может вывести астронавта на орбиту. Поэтому на космической скале необходимо создать систему фиксации: например, предлагается перед высадкой запустить специальную ракету с катушкой, которая размотала бы позади себя канат или ленту, опоясав весь астероид. Астронавты могли бы подсоединиться к этому канату при помощи карабинов и коротких тросов.
В качестве корабля, который отправится к астероиду в указанные сроки, рассматривается новый модуль МКС «Транк-вилити» (“Tranquility” с англ. «Спокойствие», Node 3). Модуль привлекает проектантов тем, что оборудован шестью стыковочными узлами (два с торцов и четыре по бокам). Один из них занят обзорным модулем «Купол» («Купол»), но остальные, после отсоединения от МКС, могут использоваться для сборки корабля. Например, к паре боковых узлов можно было бы присоединить два легких аппарата для исследования космоса SEV (Space Exploration Vehicle), по внешнему виду напоминающих миниатюрные бескрылые «шаттлы». После прибытия всего комплекса к астероиду SEV должны будут отстыковаться и подойти к космической скале вплотную. Причем предложено соединить два SEV длинным манипулятором: в таком варианте один аппарат обеспечивал бы «плавание» связки вблизи астероида за счет своих двигателей, а второй подошел бы к самой поверхности небесного тела без включения реактивных струй, которые способны потревожить грунт.
Высадка американских астронавтов на астероид
Обсуждаются и варианты использования астероидов в качестве межпланетных кораблей. Действительно, группа «амуров» достаточно удобна для полетов к Марсу, однако больше всего привлекает возможность использовать глыбу астероида в качестве естественной защиты от солнечного излучения, особенно в период убийственных вспышек. Составлен список из сорока астероидов, которые подходят в качестве межпланетной «лошадки», однако тут нужны более глубокие исследования.
Интересно, как комиссия Огастина обосновывает целесообразность изменения приоритетов космической экспансии в пользу малых тел Солнечной системы. Называются три главные цели. Первая цель – научное познание: астероиды могут дать нам бесценную информацию о том, как формировалась Солнечная система. Вторая – предотвращение угрозы из космоса: рано или поздно какой-нибудь из астероидов опасно приблизится к Земле и мы должны быть готовы к тому, чтобы увести его в сторону. Третья – инвентаризация ресурсов: астероиды содержат в себе различные полезные ископаемые; даже обычный водный лед в космосе – это настоящее сокровище (источник для искусственной биосферы и водородно-кислородного топлива), которое впоследствии будет использовано при создании межпланетной инфраструктуры.
Я добавил бы еще четвертую цель (она подразумевается) – «спортивный» интерес, ведь государство, граждане которого высадятся на астероиды, на веки вечные зафиксирует свой приоритет в этой области. В истории уже остались Юрий Гагарин и Нейл Армстронг – войдет в историю и человек, который первым ступит на поверхность космической скалы.
Впрочем, даже комиссия Огастина не смогла отказаться от «марсианской» утопии, называя пилотируемую экспедицию на красную планету глобальной целью американской космической экспансии. Будем считать, что это уступка общественному мнению, которое пока не в силах избавиться от стереотипов, рожденных мифологией ХХ века. Но будем помнить, что общественное мнение имеет свойство меняться с течением времени.
5.5. Вакуумные цветы
Давайте выйдем за узкие рамки обсуждения технических возможностей и немного поговорим о том, что нас ждет в будущем.
Ранее мы зафиксировали важную мысль: раз в пятьдесят лет, согласно теории Николая Кондратьева, в мировой экономике происходит мощнейший кризис, который девальвирует ценности предыдущего периода и открывает пути к новой научно-технической революции, меняющей облик цивилизации. Космонавтика дважды пользовалась плодами таких кризисов. Революция в области «нефтяных» технологий дала ей мощные ракеты, которые позволили выйти на орбиту и долететь до Луны. Революция в области «информационных» технологий дала спутники и межпланетные аппараты, с помощью которых очень удобно изучать космическое пространство, отделяя реальность от вымысла астрономов. Сегодня мы переживаем очередной «кондратьевский» кризис. Чего ждать от него? Как будет выглядеть новая научно-техническая революция? И что она способна дать космонавтике?
Космический цветок Мартина Нарозника
Хотя серьезные футурологи, включая самого Кондратьева, предостерегают от попыток предсказать качественные изменения в общественном укладе, которые дарует нам новая научно-техническая революция, все же мы попробуем сделать это, благо революционные технологии не только появились, но и бурно развиваются.
Когда читаешь новости на научных сайтах, то даже волосы шевелятся на голове от легкого (пока еще легкого!) ветерка перемен. «Начались первые испытания напыляемой кожи». «Искусственный вирус убил раковую опухоль». «У мыши заново вырастают отрезанные лапки». «Электронная сетчатка помогла прозреть шестерым пациентам». «Биопринтер создал действующий кусок сердечной мышцы». «Впервые удалось воспроизвести энергетически эффективный процесс фотосинтеза в лабораторных условиях». «Машина эволюции ускоряет разработку генномодифицированных микроорганизмов». «Мясом из пробирки можно накормить все человечество». «Создан первый гибрид электронного устройства и живой клетки». «Парализованный научился управлять роборукой силой мысли». «Выделен белок, замедляющий старение». «Проведена успешная операция по регенерации спинного мозга». «Найден метод превращения всей донорской крови в универсальную». «Генетики запишут на бактерии петабайты данных».
Выглядит это как строчки из научно-фантастических романов. Но это уже реальность! Пока перед нами единичные и очень дорогие образчики, но всего лишь сорок лет назад процессор Intel-4004 был таким же образчиком, а сегодня он кажется чем-то доисторическим, сродни динозаврам. Грядет биотехнологическая революция! И она совершенно преобразит известный нам мир.
Что она может дать космонавтике? Самое важное достижение биоинженеров, сопоставимое по значимости с выпуском серийного микропроцессора в 1971 году, я оставил на закуску. Весной 2010 года группа ученых под руководством американца Джона Крейга Вентера объявила, что многолетний кропотливый труд завершился полным успехом: впервые в истории из элементарных химических соединений была собрана живая клетка – «биосинтетический организм», которому его создатели присвоили имя Синтия. На наших глазах произошел поистине «божественный» акт творения. Хотя клетку собирали по готовому образцу, в качестве которого использовалась природная бактерия Mycoplasma mycoides, в нее сразу внесли «улучшения», избавившись от «генетического мусора» и закодировав в полученном геноме имена участников проекта и три классические цитаты. Сейчас Институт генетических исследователей работает над синтетическим микроорганизмом, который сможет перерабатывать промышленные отходы в топливо – надо полагать, выбор Вентера в этой части обусловлен коммерческими соображениями.
Нет сомнений, что синтетическая биология даст толчок появлению невероятных проектов. Одним из них может стать (и, думаю, станет) создание искусственной биосферы, которая будет обеспечивать человека всем необходимым для жизни (кислородом, водой, белками и углеводами), а также перерабатывать отходы человеческой жизнедеятельности с большей эффективностью, чем это делают природные аналоги. Мы помним, что все усилия создать такую сбалансированную биосферу, которую можно было бы разместить на борту межпланетного корабля или под куполом внеземной колонии, провалились. Синтетическая биология предоставляет реальный шанс преодолеть эти трудности. К примеру, представьте себе мясо, которое растет само, без участия живого организма. Или представьте растение, которое не только очищает воздух от вредных примесей, но и питается упаковочным материалом.
Еще одна интересная возможность – конструирование биомеханизмов, которые будут выделять в качестве продуктов своей жизнедеятельности чистые металлы, полезные кристаллические соединения, водород или кислород. Концепцию «вакуумных цветов» предложил канадский художник Мартин Нарозник. Он проиллюстрировал ее выставкой чудесных картин, которые долгое время красовались в Космическом центре имени Джонсона, вдохновляя молодых инженеров НАСА. На картинах изображены причудливые «роботы-растения», парящие в пустоте. Они используют энергию солнечного света, а растут за счет переработки космической пыли и микрометеоритов.
Космический цветок Мартина Нарозника
В качестве побочного продукта «цветы» выделяют уникальные лекарства, стимулирующие препараты, нектары и парфюмерию. В мечтах Нарозника вокруг «вакуумных цветов» будет сформирована целая космическая индустрия: люди, словно пчелы, полетят к ним сквозь пространство, чтобы собрать бесплатный урожай.
Со стороны может показаться, что канадский художник – безнадежный оптимист и утопист. Но синтетическая жизнь уже существует, и подвижники этой новой технологии всерьез присматриваются к астероидам как к возможному месту обитания экзотических существ, которые будут когда-нибудь созданы биоинженерами. С 1996 года функционирует проект Biota.org, объединяющий усилия десятков специалистов, пытающихся воссоздать в цифровом виде сложные эволюционные процессы. Участники проекта надеются с помощью соответствующих программ не только понять, как зарождается жизнь и появляются первые протоклетки, но и смоделировать развитие синтетических существ, конструируемых под жесткие условия обитания, в том числе под условия открытого космоса. Понятно, что это дело не ближайших лет, а десятилетий, однако и ракеты не сразу строились, а полеты на Луну пятьдесят лет назад встречались лишь в фантастических романах.
Итак, мы вспомнили, что в Солнечной системе существует множество объектов, которые представляют не меньший интерес, чем Луна, Марс и Венера. Астероиды, спутники планет, точки Лагранжа. Они столь же привлекательны с научной точки зрения, их разнообразие велико, но знаем мы о них куда меньше – сказалось многолетнее пренебрежение, обусловленное завышенными ожиданиями и ошибочными представлениями о природе соседних планет.
Изменение космической стратегии в связи с экономическим кризисом заставляет по-новому взглянуть на малые тела, находящиеся в пределах орбиты Марса. В принципе они достижимы даже при том уровне техники, которыми располагают развитые страны. Мы можем запускать к ним исследовательские аппараты, совершать мягкие посадки, брать пробы грунта и возвращать их на Землю. Мы можем смонтировать пилотируемый космический корабль, используя готовые модули Международной космической станции, и отправить его к астероиду. И все это необходимо сделать в ближайшем будущем – прежде всего для того, чтобы выяснить, насколько богатыми ресурсами обладают астероиды, что они могут дать для расширения человеческого присутствия в космосе.
Однако освоение этих ресурсов пока не может быть начато, поскольку нет соответствующих средств: эффективных энергоустановок, механизмов по переработке космического грунта, автономных химических фабрик. Все это можно получить, организовав полигон на Луне.
Есть и другой путь – вкладываться в развитие биотехнологий, которые в будущем способны преодолеть сразу две трудности, стоящие перед космической экспансией: проблему создания замкнутой биосферы межпланетного корабля и проблему эффективной переработки месторождений астероидов. К сожалению, мы не можем обсуждать конкретные проекты, все пока сводится к намерениям, «сырым» программам и красивым картинкам, за которыми не стоит ничего, кроме фантазии художников. Посему эксплуатация астероидов – мечта того же уровня, что и человеческая колония на Марсе.
Кстати, о Марсе. Критики концепции «Гибкого пути» указывают, что ее авторы, отказавшись (хотя и не категорически) от Луны, не учли особенностей технологии освоения планет. Это замечание резонно, ведь Луна выглядит более подходящим полигоном для подготовки экспедиции к Марсу, нежели астероиды, на которых царит микрогравитация. На Луне и Марсе главная проблема – как сесть и взлететь; на астероиде – как удержаться у поверхности. Совершенно противоположные по смыслу задачи! Таким образом, создавая транспортные средства для покорения астероидов, мы по факту тормозим марсианский проект, а ведь он остается приоритетным в глазах правительства и общественности.
Критики совершенно правы! Два равноценных направления в развитии космонавтики будут тормозить друг друга, отнимая скудные ресурсы. Так случилось с орбитальными станциями, которые изначально создавались как «промежуточные пункты» на дороге к другим мирам, а затем обрели статус самостоятельной цели, под которую пилотируемая космонавтика «затачивалась» целых тридцать лет без особого успеха. Поэтому нужно выбрать: Марс или малые тела. И совершенно ясно, что если ставить вопрос ребром, то выбор останется за Марсом – хотя бы потому, что он больше, выглядит эффектнее, имеет бурное прошлое, мощные привязки к человеческой культуре, и на нем, возможно, будут найдены инопланетные формы жизни.
Увы, но сами по себе малые тела не могут служить главной стратегической целью космической экспансии. Они – лишь средство, которым мы пока не умеем пользоваться. Но неужели в обозримой Вселенной для человечества нет более достойной цели, чем Марс?.. Об этом мы поговорим в следующей главе.
Глава 6
Звездные корабли
Я хорошо помню времена, когда ученые считали Солнечную систему уникальной. В ходу была теория советского математика Отто Шмидта, который утверждал, что все известные планеты, включая Землю, возникли в результате «счастливой случайности». То есть по ходу своего движения вокруг центра Галактики наше светило вошло в облако «темной материи», состоящее из метеороидов, и увлекло его за собой; потом из этого вещества за счет гравитационного «стягивания» сформировались планеты, спутники и астероиды. Теорию оспаривали многие астрономы, ведь она противоречила здравому смыслу и была по сути развитием гелиоцентризма, устаревшего еще в XVIII веке. Но сторонники Шмидта требовали твердых доказательств: предъявите планеты у других звезд, тогда и поговорим. А вот предъявить было нечего, ведь астрономические инструменты не позволяли увидеть относительно малые объекты на фоне яркой звезды с такого огромного расстояния. Революция в этой сфере произошла только в середине 1990-х годов, опять же благодаря новым методам обработки информации, которые дали нам современные компьютеры. И сегодня счет найденных экзопланет (так называют планеты у звезд) идет на тысячи. Сторонники «уникальности» посрамлены, а ученые открывают столь удивительные миры, что рядом с ними меркнут самые разнузданные фантазии.
6.1. В поисках новой Земли
Для обнаружения экзопланет чаще всего используется эффект Доплера. Звезда, имеющая планету, испытывает под ее гравитационным воздействием колебания скорости «к нам – от нас», которые можно измерить, наблюдая доплеровское смещение спектра. На первый взгляд, это представляется весьма трудной задачей. К примеру, под действием Земли скорость Солнца колеблется на сантиметры в секунду. Под действием Юпитера – на метры в секунду. При этом заметное расширение спектральных линий звезды само по себе соответствует разбросу скоростей в 1000 км/с. То есть даже в случае с Юпитером следует измерять смещение спектральных линий на тысячную долю от их ширины! И все же эта сложнейшая задача была блестяще решена.
Новейший метод поиска планет основан на наложении спектра звезды на сильно изрезанный линиями калибровочный спектр. Для калибровки используются пары йода в ячейке, помещаемой перед спектрометром. Температура ячейки поддерживается строго постоянной. Спектрометр выдает суперпозицию двух сильно изрезанных спектров поглощения – звезды и йода. Небольшие смещения спектра звезды приводят к изменениям суперпозиции на всех частотах, что значительно увеличивает точность измерения. В результате удалось получить точность определения колебаний скорости до 3 м/с, а сейчас она приближается к 0,3 м/с.
Именно этим методом воспользовались швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Квелоц, обнаружив в 1995 году изменение спектра у звезды 51-й Пегаса (51 Pegasi b, 51 Peg b), очень похожей на Солнце и расположенной на расстоянии 50 световых лет. Расчеты показали, что периодические изменения радиальной скорости имеют амплитуду 120 м/с и, скорее всего, вызваны планетой с массой, которая вдвое меньше, чем у Юпитера. Вращается эта планета необычайно близко от своей звезды – на расстоянии всего 0,05 астрономической единицы (в двадцать раз ближе, чем Земля от Солнца!). Такая дистанция вызвала недоумение астрономов. На столь малом расстоянии, согласно современным теориям формирования планетных систем, не может образоваться ни гигантская газовая планета, подобная Юпитеру, ни каменная, имеющая соответствующую массу.
Пытаясь привести практические наблюдения в соответствие с теорией, исследователи выдвинули предположение, что некогда планета 51 Peg b, получившая неофициальное название Беллерофонт (Bellerophon), сформировалась на расстоянии в сто раз большем. Но потом ее могло сместить с законного места столкновение с каким-либо небесным телом (например, с гигантским астероидом) или гравитационное влияние еще одного спутника 51-й Пегаса – звезды, имеющей сравнительно небольшие размеры.
Позднее были найдены другие массивные планеты поблизости от своих звезд. Их выделили в отдельный класс «горячих юпитеров» (hot jupiters). Планет подобного типа оказалось столь много, что возникла версия, будто бы такая система, с «горячим юпитером», является типичной, а наша – опять же уникальной. Но серьезные ученые понимали, что дело лишь в приборной селекции: возможностей нового метода пока не хватало, чтобы легко находить небольшие планеты на значительном удалении от родительских звезд.
Колебания радиальной скорости звезды 51 Pegasi, указывающее на присутствие массивной планеты
Почти сразу после швейцарцев открытие подтвердила группа из Сан-Франциско, которая впоследствии вырвалась в лидеры по числу открытых планет. Первые кривые измерений радиальной скорости были простыми синусоидами, что соответствует круговым орбитам планет. Однако вскоре обнаружились более сложные кривые – с быстрым подъемом и медленным спуском. Джефф Марси, лидер группы исследователей из Сан-Франциско, рассказывал про впечатление, которые произвела на них первая из этих асимметричных кривых. Хоть планетная гипотеза колебаний скорости и выглядела убедительной, оставались сомнения: может быть, так проявляется «дыхание» звезды – периодические расширения и сжатия ее оболочки. Но после того как несинусоидальная кривая отлично «подогналась» под вытянутую орбиту планеты, рассчитанную по законам Кеплера, последние сомнения отпали.
Экзопланета 51 Pegasi b в представлении художника
Кстати, именно группе Джеффа Марси принадлежит честь открытия планетной системы у звезды 47-й Большой Медведицы (47 Ursae Majoris, 47 UMa). Наблюдения и последующие расчеты показывают, что у этого «желтого карлика», находящегося от нас на расстоянии 46 световых лет, имеются две планеты. Первая из них 47 UMa b по своим размерам более чем вдвое превышает Юпитер и удалена от звезды на 2,1 астрономические единицы, а вторая 47 UMa c, по размерам чуть меньше Юпитера, – на 3,73 астрономические единицы. В 2010 году была открыта третья планета этой системы – 47 UMa d, которая в полтора раза больше Юпитера и находится на удалении 11,6 астрономических единиц. Получается, у 47-й Большой Медведицы мы наблюдает развитую планетную систему, состоящую из газовых гигантов, во многом подобную нашей собственной. Пользуясь методом аналогии, можно сделать осторожное предположение, что внутри орбит найденных гигантов имеются и более мелкие «землеподобные» миры. Ученые даже рассчитали, где может находиться в этой системе вторая Земля, условия на которой соответствуют привычным для нас – она должна «ходить» по круговой орбите на расстоянии около 1,13 астрономической единицы от своего светила. Но главное – с помощью наблюдений за 47-й Большой Медведицы было наконец доказано, что у других звезд есть не только отдельные планеты, но и системы планет.
Еще одну систему из того же ряда группа Джеффа Марси открыла у 70-й Девы (70 Virginis, 70 Vir), отстоящей от нас на 59 световых лет. Там имеется планета 70 Vir b, масса которой почти в семь раз больше, чем у Юпитера, а радиус орбиты – 0,43 астрономической единицы. Ученые уверены, что такая планета просто обязана иметь спутники размером с Марс или Землю, и они получают достаточно тепла от своего центрального светила и от планеты-гиганта, чтобы вода на их поверхности никогда не замерзала, и там могла зародиться жизнь.
Методом измерения колебаний скорости звезды были открыты сотни планет. Причем многие из них сильно удивили астрономов, своим существованием перечеркивая множество популярных научных теорий. «Горячие юпитеры» и «холодные нептуны». Планеты в системах двойных и тройных звезд. Древние планеты, сформировавшиеся в эпоху юности Вселенной, и планеты, возраст которых еще не перевалил за миллион лет. Твердые «суперземли» и водные миры.
Землеподобный спутник у экзопланеты 70 Virginis b в представлении художника
Впрочем, было ясно, что планет намного больше, и где-то среди них должны быть и такие, которые по массе и температуре поверхности сходны с Землей. Астрономы прекрасно понимают, что подтвержденное открытие землеподобной планеты станет одним из величайших достижений астрономии, поэтому за кандидатами на это звание началась настоящая охота. Энтузиазм сдерживался только отсутствием необходимой точности – все та же приборная селекция, которую мы упоминали выше.
В марте 2009 года на орбиту был выведен американский телескоп «Кеплер» (“Kepler”). Его задача – исследовать сотни тысяч звезд Млечного Пути с целью поиска планет. Причем был применен метод, который хорошо известен астрономам с древнейших времен, но который наконец-то воплотился на самом современном техническом уровне: наличие планет определяется напрямую по периодическим изменениям яркости звезды, вызываемых прохождениями перед ней темного тела – т. е. микрозатмениями (транзитами). В качестве «окна» наблюдения был выбран район между созвездиями Лиры и Лебедя.
По состоянию на июль 2015 года «Кеплер» зафиксировал 4696 кандидатов на звание экзопланеты, причем для тысячи из них получено подтверждение: да, телескоп зафиксировал именно чужую планету. Анализ собранных данных показал, что как минимум каждая пятая звезда, сходная по характеристикам с Солнцем, должна иметь в своей системе землеподобные планеты. С учетом приборной селекции (а она у телескопа высока, ведь он не способен фиксировать планеты, орбиты которых лежат в астрономической картинной плоскости), можно уверенно говорить о том, что миров, сходных с нашим, в Галактике больше, чем людей на Земле – свыше 10 миллиардов!
Орбитальный телескоп «Kepler»
Точный двойник Земли пока не обнаружен. Есть несколько достойных кандидатов, однако они так или иначе отличаются от нашей планеты. Кроме того, их реальность еще нужно доказать. К примеру, американский астроном Стивен Вогт в сентябре 2010 года объявил об открытии планеты Глизе 581g, вращающейся вокруг красного «карлика» Глизе 581 (Gliese 581, Wolf 562, HIP 74995), который находится в созвездии Весов, на расстоянии 20 световых лет от нас. По расчетам ученого, основанным на измерении колебаний скорости звезды, получалось, что рядом с ней вращается экзопланета с массой три-четыре земных (то есть «суперземля»). Но главное – орбита ее лежит в так называемом «поясе жизни» («зона Златовласки», «обитаемая зона», Circumstellar Habitable Zone, CHZ), где вода может существовать в жидком состоянии, а значит, есть условия для возникновения жизни. На радостях астроном даже присвоил планете имя Зармина – в честь любимой жены. Однако вскоре наступило разочарование – группа Мишеля Майора (та самая, которая отыскала самую первую экзопланету), не подтвердила наличия Gliese 581g на указанной орбите.
Благодаря телескопу «Кеплер», который несмотря на поломку одного из двигателей-маховиков гиростабилизированной платформы, продолжает работать, было открыто двенадцать планет, размер которых сопоставим с размером Земли и которые находятся в «поясе жизни» своих звезд: Kepler-62e, Kepler-62f, Kepler-155c, Kepler-186f, Kepler-235e, Kepler-283c, Kepler-296e, Kepler-296f, Kepler-438b, Kepler-440b, Kepler-442b, Kepler-452b.
Наибольшую шумиху вызвали две планеты из этого списка: Kepler-186f и Kepler-452b. Первая планета находится в системе красного «карлика», расположенного очень далеко от нас – на расстоянии 492 световых года от Солнца, в созвездии Лебедя. Особенность ее в том, что, вращаясь вокруг своей звезды вместе с четырьмя другими планетами, она по своим размерам ближе остальных к Земле. Ее радиус всего на 13 % больше земного, а масса укладывается в диапазон от 0,32 массы Земли (если планета полностью состоит из воды и льда) до 3,77 масс Земли (если планета состоит из железа). Планету Kepler-186f поспешили объявить искомой «сестрой» Земли, однако в действительности наука имеет довольно смутное представление о том, как формируются и выглядят планеты у красных «карликов». Кроме того, из-за меньшей светимости «пояс жизни» находится очень близко к звезде – орбита Kepler-186f по своему радиусу близка к орбите нашего Меркурия, и, возможно, из-за спин-орбитального резонанса планета всегда повернута одним полушарием к своему светилу. Что касается Kepler-452b, то ее следует скорее отнести к классу «суперземли», поскольку она на 60 % больше Земли. Внимание же публики планета привлекла тем, что вращается вокруг звезды, которая принадлежит к тому же классу G, что и Солнце.
Как видите, если подходить к этим мирам с формальной точки зрения, то их можно назвать «двойниками» нашего мира лишь с большой натяжкой. Астробиологам приходится утешаться построением моделей эволюции, которые якобы доказывают, что подобные планеты куда более пригодны для развития жизни, чем даже Земля. Однако что с этих моделей космонавтике?
Существование планет у других звезд доказано – это хорошо. Существование планетных систем у других звезд доказано – это очень хорошо. Существование планет в «поясах жизни» доказано – просто прекрасно. Но все эти замечательные доказательства не изменят простого факта: до известных сегодня землеподобных миров нам не добраться. Даже если завтра изобретут технологию, позволяющую разогнать корабль до скорости света, данные о планете в системе Kepler-186f земляне получат не раньше, чем через тысячу лет после старта. Может быть, стоит поискать какие-то другие миры?
6.2. Звездная «десятка»
Скорость света – это барьер, который нам не перепрыгнуть. Все теоретические разработки, касающиеся субсветовых и сверхсветовых технологий, остаются спекуляциями, ведь никто не может сказать, какие энергии потребуются для релятивистского разгона или пресловутого «прокола пространства», описываемого во многих фантастических романах. Из общих соображений ясно, что энергии будут колоссальными, и вполне может статься, что в Солнечной системе таких ресурсов просто нет в наличии. Посему будем исходить из того, что межзвездные корабли, если они когда-нибудь появятся, станут летать по космосу на досветовых скоростях.
Еще один важный момент – разнообразие звезд бесконечно, и астрономам, само собой, было бы интересно взглянуть вблизи на любую из них. Однако космонавтика ориентируется прежде всего на те звезды, которые подобны Солнцу (спектральный класс G2V, возраст 4,57 млрд лет). Казалось бы, что в них интересного, если у нас рядом уже есть одна, точно такая же? Но в опоре на метод аналогий мы можем предположить, что физика космического пространства поблизости от таких звезд не отличается от известной нам и не станет гибельным препятствием для выполнения миссии.
Давайте приглядимся к ближайшим звездам и попробуем выяснить, какая из них лучше всего подходит в качестве возможной цели космической экспансии. Для наглядности составим нечто вроде рейтинга из десяти самых интересных светил. Выбирать звезды я буду, опираясь на научную фантастику: хотя фантасты часто и не располагают данными, которые имеются у астрономов, их интерес к тем или иным звездам напрямую связан с надеждами земной цивилизации, которые не стоит недооценивать. Как говорится, мечтать не вредно, а даже наоборот…
На скромном десятом месте в нашем рейтинге находится Немезида (или «Звезда Смерти») – красный или коричневый «карлик», гипотетический компаньон Солнца. В 1984 году физик Ричард Мюллер выдвинул гипотезу, что далеко на окраинах Солнечной системы существует массивный объект, который искажает орбиты комет. Позднее эта гипотеза была обоснована: астрономы допускают, что наше Солнце – не одиночная звезда, а имеет компаньона. Предполагается, что компаньон двигается по эллиптической орбите, а его расстояние от нас варьируется в пределах между 90 и 20 тыс. астрономических единиц. Один раз в 26–30 млн лет Немезида должна проходить через облако Оорта (гипотетическое облако протокомет); во время чего протокометы в облаке «взбалтываются» и направляются к Солнцу; через несколько десятков тысяч лет после этого человечество увидит катастрофическое увеличение числа комет в непосредственной близости от Земли. Безусловно, полет к Немезиде был бы важнейшим событием в истории человечества, однако гипотетический «карлик» остается гипотетическим: с тех пор как орбитальный телескоп IRAS (“Infra Red Astronomical Satellite”) произвел обзор всего неба в инфракрасном диапазоне и не нашел в нем предсказанного излучения Немезиды, ее существование считается маловероятным.
На девятое место можно поставить Тау Кита (т Ceti, 52 Cet, HD 10700), которая пользуется популярностью у фантастов и даже у поэтов, достаточно вспомнить песенку Владимира Высоцкого о «таукитянах». Эта желто-оранжевая звезда (спектральный класс – G8Vp) находится от нас на расстоянии 11,9 световых лет. Возраст Тау Кита, согласно новейшим изысканиям, превышает 10 млрд лет. Казалось бы, за такой продолжительный срок ее система должна была очиститься от «мусора», но в 2004 году астрономы с удивлением обнаружили, что пространство вокруг звезды содержит на порядок больше кометного и астероидного вещества, чем наше – это было определено по наличию там диска из холодной пыли. Существование пригодных для жизни в человеческом понимании планет в системе Тау Кита вызывает сомнение у специалистов, поскольку такие планеты должны чаще страдать от астероидных и кометных ударов, чем Земля. Тем не менее в декабре 2012 года было объявлено, что поблизости от звезды удалось найти пять массивных миров «земной группы», обозначенных соответственно: b, с, d, e, f. Четвертая планета в системе, Тау Кита e, находится внутри «пояса жизни», вращаясь по орбите довольно близко от своего светила (0,552 а. е.), и по массе в 4,3 раза больше Земли. Астрономы подсчитали, что если эта «суперземля» обладает большой плотной атмосферой, то на ней наверняка царят такие же условия, как на нашей Венере. Если же атмосфера схожа с земной, то, несмотря на высокие температуры (у поверхности они могут достигать 70 °C), на планете вполне возможно появление каких-то форм жизни.
Компаньоны звезды Эпсилон Индейца
На восьмое место поместим оранжево-красную звезду Эпсилон Индейца (s Indi, HD 209100, спектральный класс – K5Ve), хорошо известную любителям культового фантастического сериала «Звездный путь» (“Star Trek”). Она находится на расстоянии 11,8 световых лет, причем ее масса составляет 77 % от массы Солнца. В 2003 году астрономы объявили, что у Эпсилон Индейца обнаружен «подзвездный» компаньон s Indi B – коричневый «карлик» массой в 47 масс Юпитера и светимостью 0,2 % от светимости Солнца. В его атмосфере выявлен метан, а сам «карлик» находится на расстоянии 1459 астрономических единиц от Эпсилон Индейца. Еще позднее выяснилось, что и «карлик» имеет собственного карликового компаньона s Indi Bb массой в 28 масс Юпитера. Возраст Эпсилон Индейца не превышает 1,3 млрд лет. У нее может быть планетная система, но вряд ли в этих мирах существует высокоразвитая биосфера. Присутствие на дальней орбите массивного компаньона, скорее всего, приводит к тому, что он изменяет орбиты комет и внутренние планеты системы регулярно бомбардируются этими ледяными «убийцами».
На седьмом месте в нашем рейтинге расположилась двойная звезда 61-я Лебедя (61 Cygni, HD 201091/201092), которая находится в 11,4 световых годах. Ее упоминает Иван Ефремов в своем знаменитом романе «Туманность Андромеды» (1957) как одну из обитаемых систем, входящих в Великое Кольцо. Оба компаньона являются оранжево-красными звездами (спектральные классы – K5V/K7V), отстоящими друг от друга на 86,4 астрономических единиц. В 1990-е годы было выдвинуто предположение о существовании трех массивных планет в системе 61-й Лебедя, но позднее оно не получило подтверждения. А и B 61-й Лебедя старше Солнца (возраст оценивается в 10 млрд лет) и находятся сравнительно далеко друг от друга, что позволяет им обладать устойчивыми планетными системами. Астрономы надеются обнаружить там несколько землеподобных планет.
На шестое место я поставил бы двойную звезду Процион (Альфа Малого Пса, a CMi, а Canis Minoris, HD 61421), расположенную в 11,4 световых годах от Солнца. Ее упоминали в своих текстах такие известные фантасты, как Станислав Лем, Сергей Снегов, Ларри Нивен и Лайон Спрэг Де Камп. Желтовато-белый компаньон А (спектральный класс – F5IV–V) потихоньку увеличивается и в конечном итоге должна стать в восемьдесят раз больше, приобретя красный или оранжевый цвет. Ожидается, что и Солнце в конце своей жизни претерпит похожие изменения. Компаньон В, тусклый белый «карлик» (спектральный класс – DA-F/VII), находится довольно близко от А: на расстоянии 16 астрономических единиц. Считается, что некогда компаньон В был больше и горячее, чем А, и быстро сгорел, после своей смерти обогатив Процион веществом. Процион – сравнительно молодая звезда, ей пока не исполнилось и 2 млрд лет, поэтому если в «поясе жизни» компаньона А существуют землеподобные планеты, они имеют только самую примитивную биосферу.
Кольцо холодной пыли, окружающей Эпсилон Эридана
Пятое место по праву можно закрепить за оранжевой звездой Эпсилон Эридана (е Eridani, 18 Eri, Ас-Садира, HD 22049, спектральный класс – K2V), которую выбрали в качестве места действия создатели фантастического телевизионного сериала «Вавилон-5» (“Babylon 5”). Она удалена от нас на 10,4 световых лет. Возраст звезды не превышает 800 млн лет, и она напоминает Солнце в юности.
Ярчайшая звезда земного небосклона Сириус (слева внизу хорошо виден Сириус В)
Астрономами обнаружено кольцо холодной пыли, расположенное на границах системы. Летом 2000 года была открыта планета s Eri b массой около 0,8 масс Юпитера, которая вращается вокруг своей звезды по сильно вытянутой орбите на среднем расстоянии 3,4 астрономические единицы. В 2002 году математическое моделирование пылевого кольца выявило присутствие еще одной планеты, названной s Eri с, она в 30 раз тяжелее Земли и находится на расстоянии 40 астрономических единиц от звезды. В ближайшее время астрономы планируют отыскать там и другие планеты, в том числе – землеподобные. Однако жизнь в системе Эпсилон Эридана вряд ли возможна: она слишком молода, чтобы на одной из планет успели появиться сложные органические соединения. Кроме того, внутреннее пространство системы заполнено кометами – гипотетические планеты подвергаются непрерывной бомбардировке.
Четвертое место в рейтинге бесспорно принадлежит Сириусу (Sirius, Альфа Большого Пса, a Canis Majoris, 9 CMa, HD 48915), самой яркой звезде на нашем небосводе. Из-за этой яркости он всегда привлекал внимание фантастов, и первый текст о жителях Сириуса написал еще древнегреческий автор Лукиан Самосатский в рассказе о межпланетной войне «Правдивая история» (“Vera Historia”, 170 год н. э.). Сириус находится на расстоянии 8,6 световых лет и относится к классу нормальных белых звезд (спектральный класс – A1Vm). У Сириуса имеется два компаньона. Sirius В – белый «карлик» (спектральный класс – DA2), обнаружен в 1862 году и удален от Сириуса на 19,8 астрономических единиц (что почти эквивалентно орбите Урана в нашей системе). Его светимость в 8000 раз слабее Сириуса. Сравнительно недавно Sirius В тоже был нормальной звездой, причем потрясающе яркой (сохранились древние свидетельства об этом), но затем произошел коллапс, и он превратился в «карлика». Размер Sirius B сегодня меньше размеров Земли, но по массе не уступает Солнцу и имеет чудовищную плотность. Фактически перед нами ядро большой звезды; ее внешние слои были сброшены, образовав облако пыли, которое наполнило систему и обогатило Сириус тяжелыми элементами. Компаньон Sirius С – красный или коричневый «карлик». Его характеристики требуют уточнения, поскольку присутствие компоненты
С обнаружено по возмущениям в движении Sirius В. Надо сказать, что Сириус – молодая звезда, возраст которой не превышает 500 млн лет. Если в его окрестностях и успели сформироваться планеты, они наверняка погибли после коллапса Sirius В.
Почетное третье место имеет смысл отдать звезде с труднопроизносимым названием Лаланд 21185 (Lalande 21185, HD 95735), которая расположилась в созвездии Большая Медведица, на расстоянии 8,29 световых лет от Солнца. Она интересна тем, что является самой типичной из ближайших к нам звезд, – массивным красным «карликом», которые наиболее распространены в Галактике (спектральный класс – M2V). Поскольку научные фантасты знают о ее «типичности», они довольно часто в своих романах помещают обитаемые планеты на орбиты у Лаланд 21185: о ней писали Лайон Спрэг Де Камп, Грегори Бенфорд, Хол Клемент, Аластер Рейнольдс, Йен Дуглас. И, кажется, звезда готова удовлетворить их самые смелые ожидания. Возраст Лаланда 21185 оценивается астрономами в 8-10 млрд лет – достаточно старая звезда, чтобы рядом с ней могла существовать планетная система. Астрономы несколько раз заявляли об открытии планет рядом с ней, и хотя подтверждение не поступило, имеются косвенные свидетельства этому. Так, в 2002 году в спектре звезды была обнаружена линия воды, что прямо указывает на наличие водного льда на одной из планет системы. Однако существование жизни на этих невидимых планетах вряд ли возможно: Лаланд 21185 относится к числу «вспыхивающих» звезд, которые резко и апериодически увеличивают свою светимость во всем диапазоне от радиоволн до рентгеновского излучения, что смертельно для любой биосферы.
Второе место в нашем рейтинге достается знаменитой звезде Барнарда из созвездия Змееносца, которую часто называют «Летящей» (Velox Barnardi). Свое необычное для звезды название она получила за высокую относительную скорость, которая проявляется в быстром движении по небу (10 секунд дуги в год!).
Ее открыл американский астроном Эдмунд Барнард в 1916 году, и произошло это достаточно случайно, ведь светимость «Летящей» в 250 раз слабее самых слабых звезд, доступных невооруженному глазу. Астрономы установили, что в будущем, 11800 году, звезда приблизится к Солнцу на минимально возможное расстояние в 3,8 светового года, сделавшись на продолжительное время нашей ближайшей соседкой (сейчас она находится на расстоянии 6 световых лет). «Летящая» – классический красный «карлик» (спектральный класс – M4V), ее масса составляет всего лишь 17 % от массы Солнца. Звезда прославилась еще и тем, что с конца 1960-х годов считалось доказанным, будто бы у нее имеются планеты. Новейшие методы опровергли это убеждение, хотя окончательно списывать со счета «Летящую» нельзя – ей около 12 млрд лет, и она вполне может обладать развитой системой, хотя и без планет-гигантов, которые были бы давно зафиксированы.
Гипотетическая планета системы Альфа Центавра в представлении художника
Ну и наконец – первое место! Наш достойный победитель – Альфа Центавра (a Centauri, а Cen, Ригель Центавра, Толиман). Хотя ее принято называть звездой, но в действительности это система из трех звезд: Проксима Центавра (Proxima Centauri, V645 Centauri), Альфа Центавра А (Alpha Centauri A, HD 128620) и Альфа Центавра B (Alpha Centauri B, HD 128621). Ближайшая к Солнцу и, пожалуй, самая популярная звездная система практически не видна в наших широтах, поэтому первые ее систематические наблюдения велись арабскими астрономами, от которых она и получила название Толиман. Являясь четвертой по яркости звездой ночного неба и ярчайшей звездой Южного полушария, Альфа Центавра была известна с глубокой древности, но только в 1752 году установили, что она состоит из двух близкорасположенных компаньонов: солнцеподобной Альфы Центавры А (спектральный класс – G2V) и оранжевой звезды Альфы Центавры В (спектральный класс – K1V). Они обращаются вокруг общего центра масс по эллипсу на среднем расстоянии 23 астрономические единицы (это немного больше расстояния от Солнца до Урана) с периодом обращения 79,9 лет. Компаньоны Альфы Центавра находятся от нас на расстоянии 4,365 световых года. Долгое время считалось, что они ближайшие к нам, однако в 1915 году шотландский астроном Роберт Иннес открыл третью звезду-компаньона этой необычной системы – красного «карлика», получившего название Проксима («Ближайшая») Центавра (спектральный класс – M5.5Ve). Она находится на расстоянии 4,22 световых года, что в 270 тыс. раз больше расстояния от Земли до Солнца. Считается, что Проксима Центавра вращается вокруг системы Альфа Центавра с периодом около полумиллиона лет, однако вопрос, действительно ли она входит в систему, остается открытым. В пользу этой гипотезы говорит только направление движения Проксимы, которое практически совпадает с направлением движения Альфы Центавра.
Фантасты, пишущие о космических полетах, разумеется, знают, что Проксима и Альфа Центавра являются ближайшими звездами, а потому редкое произведение жанра обходится без упоминания о них. Айзек Азимов, Ларри Нивен, Фрэнк Герберт, Мюррей Лейснер, Владимир Савченко, Мэри Рассел – вот далеко неполный список тех, кто описывал эту систему в своих романах. Рядом с Альфой Центавра А находится гипотетическая Пандора из знаменитого фильма «Аватар» (“Avatar”, 2009). Но, пожалуй, наиболее подробно ее описал Станислав Лем в романе «Магелланово облако» (“Oblok Magellana”, 1955). Добравшись туда, земные космонавты обнаруживают две маленькие пустынные планетки у Проксимы, развитую планетную систему у звезды А и мощный пояс астероидов у звезды В. На второй «белой» планете системы А, закрытой плотным слоем облаком, существует высокоразвитая цивилизация, однако направленные к планете пилотируемые ракеты были уничтожены, а экипажу звездолета «Гея» понадобилось довольно много времени, чтобы убедить местных жителей в своем миролюбии.
Реконструкция польского писателя оказалась очень близка к тем гипотетическим моделям, которые астрономы строят вокруг Альфы Центавра. Ученые утверждают, что в системе Альфы Центавра мы можем надеяться обнаружить планеты с биосферой. Во-первых, давно известно, что компонента А имеет такой же возраст, как и наше Солнце. Во-вторых, уже в середине 1960-х годов математически показано, что, несмотря на существование еще двух звездных компонент, вокруг А могут вращаться как минимум четыре землеподобные планеты внутри сферы радиусом в три астрономические единицы (т. е. в «поясе жизни»). Вряд ли в окрестностях Альфы Центавра имеется хотя бы один газовый гигант, подобный нашему Юпитеру. В его наличие не верили астрономы-теоретики, а современные практики подтвердили однозначно: планет-гигантов в системе Альфы Центавра нет. Зато в октябре 2012 года астрономы Европейской южной обсерватории объявили об открытии небольшой планеты Альфа Центавра Bb. Она находится слишком близко к своему светилу (0,04 астрономической единицы), поэтому жизнь на ней невозможна, однако в данном случае важен сам факт наличия землеподобного мира в кратной звездной системе. Сегодня мы с большой долей уверенности можем говорить, что если в такой системе найдена хотя бы одна планета, то, скорее всего, их там может быть несколько. Кстати, по итогам наблюдений Альфы Центавра В орбитальным телескопом «Хаббл» ученые высказали предположение, что рядом с этой звездой-компаньоном есть как минимум еще одна «суперземля», однако для уточнения ее характеристик требуются дополнительные измерения.
Телескоп космической обсерватории «Darwin»
У Проксимы Центавра тоже подозревали наличие планеты – достаточно крупной и близко расположенной, чтобы оказывать влияние на свою звезду. Но современные методы обнаружения массивных планет эту гипотезу не подтверждают. Даже если какие-то мелкие планеты поблизости от Проксимы Центавра имеются (как в вышеупомянутом романе Станислава Лема), вряд ли на них возможна органическая жизнь. Проксима отличается суровым «нравом»: время от времени наблюдаются вспышки, при которых температура ядра этого красного «карлика» скачком повышается в пять раз, а светимость – в два раза. И даже в периоды «затишья» смертельное рентгеновское излучение Проксимы в десять раз сильнее, чем у Солнца.
Получается, что при всем богатстве выбора альтернативы системе Альфа Центавра нет. Она и самая близкая к нам, и достаточно разнообразная, чтобы удовлетворить интерес искушенных астрономов. Кроме того, компонента А является «двойником» Солнца, поэтому в ее окрестностях не должно быть каких-то особых факторов, которые могут помешать изучению этого далекого, но притягательного мира.
Сегодня человечество не располагает инструментами, позволяющими непосредственно увидеть землеподобные экзопланеты у ближайших звезд. Два проекта орбитальных телескопов, создававшихся для этой цели – американский TPF (Terrestrial Planet Finder) и европейский «Дарвин» (“Darwin”) – заморожены на неопределенный срок из-за экономического кризиса. Тут было бы логичным подсуетиться отечественным ученым, благо соответствующая разработка есть и у нас: ИКИ РАН предлагает программу «Звездный патруль», включающую создание сравнительно небольших и недорогих космических обсерваторий для поиска ближайших к нам экзопланет с использованием трех методов: транзитного, звездной коронографии и ахроматической интерференционной коронографии. К сожалению, этот многообещающий проект не поддержан правительством.
Возможно, соответствующее оборудование будет включено в состав японского аппарата JTPF (Japanese Terrestrial Planet Finder), который планируют запустить в 2018 году. Будет обидно, если такой выдающийся приоритет, как первые снимки землеподобных планет у соседней звезды, запишут себе японцы, а не россияне, но изменить здесь что-либо невозможно. В любом случае времени на «разведку местности» предостаточно. И тут можно не спешить, ведь мы пока не знаем, как добираться до звезд.
6.3. Коллекция звездолетов
Когда Альберт Эйнштейн впервые опубликовал свои формулы, мир был заворожен их красотой и теми следствиями, которые из них выводились. Популяризаторам и фантастам нравилось обсуждать проблематику релятивистских скоростей и «парадокс близнецов», который служит отличной иллюстрацией разного течения времени в различных системах в зависимости от их скорости. Все это выглядело очень пикантно. Лишь немногие сообразили, что Эйнштейн своими формулами сильно ограничивает возможности космической экспансии за пределы Солнечной системы. Получалось, что не существует и в принципе не может существовать никакого способа преодолеть световой барьер и долететь до ближайшей звезды раньше, чем за пять лет. Еще столько же уйдет на обратную дорогу. Немного утешал факт замедления времени на звездолете: по крайней мере экипаж не успеет сильно состариться.
В какой-то момент к мысли о необходимости потратить годы на полет к соседней звезде привыкли, а энтузиазм начала космической эры породил несколько технически обоснованных проектов релятивистских кораблей на известных нам физических принципах. В качестве цели рассматривались Альфа Центавра, Звезда Барнарда, реже – Эпсилон Эридана и Тау Кита.
Было ясно, что ни двигатели на химическом топливе, ни электроракетные двигатели не способны обеспечить разгон до скоростей, хоть сколько-нибудь сопоставимых со скоростью света в вакууме, равной 299 792 км/с. Прежде всего ученым пришло в голову использовать так называемую «фотонную тягу» («квантовую тягу»). Если наша задача состоит в том, чтобы приблизиться к скорости света, то выглядит логичным использовать сам свет в качестве движущей силы. Физики подсказывают, что при встрече частицы вещества с частицей антивещества произойдет аннигиляция с превращением массы в излучение, которое можно отразить особым зеркалом, создавая импульс движения.
Основоположником теории фотонных звездолетов считается немецкий ученый Эйген Зенгер (мы упоминали его в связи с пределами возможностей химических топлив). Он написал фундаментальный труд «К механике фотонных ракет» (“Zur Mechanik der Photonen-Strahlantriebe”), изданный на русском языке в 1958 году. Ключевой идеей Зенгера было создание «абсолютного отражателя», который был бы способен отражать гамма-кванты высокой энергии, образующиеся при аннигиляции и способные глубоко проникнуть в толщу вещества. Хотя фантасты и популяризаторы с удовольствием описывали в своих текстах фотонные звездолеты как дело ближайших лет (достаточно вспомнить творчество Аркадия и Бориса Стругацких, которые относили создание первых космических кораблей на фотонной тяге ко второй половине 1980-х годов), никто в принципе не мог сказать, как изготовить такой «абсолютный отражатель». Кроме того, физики отмечают, что при аннигиляции выделяются не только гамма-кванты, но и заряженные частицы и нейтрино, причем значительная часть энергии теряется безвозвратно. И еще одно: где взять антивещество, которое потребуется, чтобы разогнать звездолет до субсветовой скорости? Самый оптимистический расчет для разгона корабля массой в 100 т до скорости 0,9 световой дает потребность в 25 млн т антивещества (еще столько же потребуется нормального вещества для аннигиляции). В достижимом пространстве достаточных запасов природного антивещества не наблюдается, поэтому его нужно как-то синтезировать. По современным оценкам, один грамм антивещества будет стоить 10 трлн (десять триллионов!) долларов. И технологий, которые снизили бы цену хотя бы на порядок, пока в принципе не существует. Приходится признать, что «фотонолеты» Стругацких так и останутся фантастикой.
Размышления о том, как можно было бы снизить массу звездолета хотя бы за счет снижения массы топлива, породили интересную концепцию, которая вошла в историю под названием «межзвездный прямоточный двигатель Бассарда» (англ. Bussard ramjet). Идею предложил в 1960 году американский физик Роберт Бассард, и она состоит в том, чтобы с помощью электромагнитной воронки захватывать вещество межзвездной среды (водород и космическую пыль), используя его в термоядерной реакции для создания тяги; при этом в качестве катализатора может служить опять же антивещество.
Межзвездный зонд с двигателем Бассарда
Ключевая проблема такого «прямоточника» в том, что электромагнитная воронка отнюдь не будет выполнять функцию массозаборника так, как предполагалось Бассардом, – скорее, она будет вести себя подобно «тормозу» и корабль в принципе никуда не полетит. Кроме того, для эффективной работы воронки нужно сначала разогнать корабль до релятивистских скоростей, т. е. в любом случае понадобится какая-то начальная ступень, построенная на других принципах. Получается, двигатель Бассарда выглядит еще хуже, чем фотонный, и вряд ли ему найдется применение в обозримом будущем.
Понимание, сколь значительные ресурсы будет потреблять в ходе своего полета релятивистский корабль, привели изобретателей к мысли использовать внешнюю силу для разгона. Сразу напрашивается идея «солнечного парусника». Эффект давления света на отражающую пластину открыл еще в 1899 году русский физик Петр Лебедев. К сожалению, сила этого давления очень мала, поэтому понадобятся колоссальные зеркальные паруса, чтобы разогнать даже небольшой корабль. Например, для движения по оптимальной «низкоэнергетической» траектории полета от Земли к Марсу аппарата весом 100 кг потребуется парус площадью 46 м2. Но самое неприятное – чем дальше мы удаляемся от нашего светила, тем меньше давление на парус, т. е. он пригоден только для путешествий по Солнечной системе и только в одну сторону.
Тогда было найдено изящное решение – «парусник» надо разгонять не с помощью Солнца, а квантовым генератором «мазер», излучающим в микроволновом диапазоне. Такую оригинальную идею первым выдвинул физик Роберт Форвард в начале 1980-х годов. Он воплотил ее в наглядном проекте «Звездная дымка» (с англ. “Starwisp”). Сверхлегкий зонд массой всего 20 г представляет собой тончайшую сетку-парус. Его разгоняет с ускорением 115 g узконаправленный микроволновой луч мощностью 10 гигаватт, генерируемый спутником на околоземной орбите. Такое ускорение позволит достигнуть скорости в 0,2 световой в течение недели! В узлах сетки расположат микросхемы, обладающие элементарной логикой и светочувствительностью. Когда до системы Альфы Центавра, выбранной в качестве цели, останется совсем немного, передатчик у Земли снова включится и «затопит» чужую систему потоком микроволновой энергии. Используя проволочные ячейки сетки как антенны приемников, микросхемы «Звездная дымка» соберут достаточное количество энергии для своих оптических датчиков и логических схем, чтобы увидеть и сформировать образ планет, находящихся в системе. Направление, с которого поступают микроволны воспринимается в каждой ячейке сетки, и эта информация о направлении используется микросхемами зонда для того чтобы использовать ячейки уже как антенны передатчиков, излучающих сигнал, содержащий данные об открывшейся зонду картине, обратно на Землю.
Тогда же Форвард выдвинул и более амбициозный проект «Свет суперзвезды»(с англ. “Super star light”). В рамках проекта он предложил построить пилотируемый звездолет с большим зеркальным парусом из алюминия, который будет разгоняться станциями-излучателями, размещенными на орбите Меркурия. Станции-излучатели используют мощный солнечный поток для генерации когерентного лазерного света, который будет соединен в один монохромный лазерный луч и послан к кораблю через фокусирующую линзу диаметром 1000 км, которая расположится на орбите между Сатурном и Ураном. Сам зеркальный парус состоит из трех секций: внутренний парус полезной нагрузки размером 100 км в диаметре; он окружен внутренним кольцом-парусом 230 км в диметре; тот в свою очередь окружен третьим, тоже кольцеобразным, парусом 1000 км в диаметре. Общая масса всей конструкции – 80 тыс. т, которая включает 3 тыс. т полезной нагрузки. Вся эта конструкция разгоняется с ускорением 0,3 g лучом с общей мощностью 43 тыс. тераватт. При таком ускорении корабль достигнет половины скорости света в течение полутора лет. Находясь на расстоянии 0,4 светового года от цели путешествия, внешний кольцевой парус должен быть отделен от двух внутренних частей. Лазерный свет из Солнечной системы отразится от внешнего кольцевого паруса, который будет работать теперь как переотражающее зеркало. Отраженный свет замедлит две внутренние части до приемлемой скорости при входе в чужую звездную систему. После того как космонавты изучат ее, малый кольцевой парус отделится от паруса полезной нагрузки и нужным образом сориентируется по отношению к оставшейся внутренней части. Со стороны
Солнечной системы поступит лазерный луч, отразится от кольцевого паруса на орбите чужой звезды и сконцентрируется на парус полезной нагрузки. Эта световая энергия разгонит внутренний круглый парус в направлении Земли. Как только парус с полезной нагрузкой приблизится к Солнечной системе, лазерные станции-излучатели включатся снова, чтобы на этот раз замедлить корабль вблизи от дома.
Такая схема выглядит очень эффектной и реалистичной даже с учетом ее высокой стоимости, однако имеются два фактора, которые препятствуют реализации проекта. Первый фактор – межзвездная пыль, которая при релятивистских скоростях становится опасным разрушителем. Расчеты показывают, что даже при скорости 0,1 световой межзвездная пыль своими микроударами будет «стирать» 90 см титановой брони за световой год. При скорости 0,5 световой, которую собирается развить Роберт Форвард, будет «стираться» 28 метров титановой брони за пройденный год. То есть защита корабля должна быть огромна и массивна; понадобятся десятки тысяч тонн, которые просто «сожрут» то преимущество, которое дает зеркальный парус. И второй фактор – природная кривизна пространства не позволит поддерживать ориентацию лазерного луча с нужной точностью на удалении в несколько световых лет, посему возвращение экспедиции становится проблематичным.
В 1994 году астрофизик и писатель-фантаст Джеффри Лэндис попытался обойти эти факторы, предложив разгонять с помощью лазера не парус, а корабль с панелями из фотоэлементов, которые собирают энергию луча и используют ее в электрора-кетном движителе. Однако детальное изучение его идеи показало, что выигрыш будет незначительным, а расходы генерируемой энергии намного выше.
Получается, что решения нет, и звезды навсегда останутся недоступными? Оказывается, есть. И пятьдесят лет назад человечество было куда ближе к звездам, чем сегодня. Нужно лишь вспомнить хорошо забытое старое…
6.4. Верхом на бомбе
Корень проблем любой транспортной космической системы находится в источнике энергии. С одной стороны, он должен быть достаточно мощным, с другой – достаточно компактным. Ни химическое топливо, ни рабочее тело электроракетных двигателей не дают нам необходимой «компактности» для осуществления межзвездных перелетов: наоборот, они заметно утяжеляют корабль. Но мы располагаем еще одним источником энергии, который полностью соответствует суровым требованиям – это атомные и термоядерные бомбы.
«Отцом» взрыволетов считается польский математик Станислав Улам. Его чаще всего вспоминают как одного из теоретиков водородной бомбы, однако сам Улам считал своим величайшим изобретением именно «взрывной» космический движитель. Ученый описал это устройство в 1947 году, вдохновившись романом Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут». Принцип движения взрыволета прост: за корму корабля сбрасывается небольшое ядерное устройство, происходит взрыв, оболочка устройства испаряется, часть испарившегося вещества ударяет по корме корабля, тот летит вперед.
В 1958 году группа инженеров и физиков из корпорации «Дженерал Атомикс» (с англ. “General Atomics”) приступили к работе над секретным проектом взрыволета с кодовым названием «Орион» (“Orion”). Эта корпорация, расположенная в Сан-Диего, была основана американским атомщиком Фредериком Хоффманом для создания и эксплуатации коммерческих атомных реакторов. Ее соучредителем и соавтором проекта «Орион» был Теодор Тейлор – легендарная личность, один из создателей американской атомной бомбы.
Согласно расчетам Тейлора схема летательного аппарата с взрывным движителем могла обеспечить колоссальный импульс, недоступный ракетам. Однако имелось существенное ограничение – энергия взрыва, направленная в плиту-толкатель, вызовет огромное ускорение, которое не выдержит никакой живой организм. Для предотвращения гибели экипажа между кораблем и плитой предполагалось установить амортизатор, смягчающий удар и способный аккумулировать энергию импульса с постепенной «передачей» его кораблю. Рассматривались варианты со сверхмощными пневматическими поршнями (очень сложная, но, по словам разработчиков, вполне реальная конструкция) и мягкими баллонами, наполненными газом под небольшим давлением.
Было построено несколько рабочих моделей толкателя корабля «Орион». Их испытывали на устойчивость к воздействию ударной волны и высоких температур с использованием обычной взрывчатки. Большая часть моделей разрушилась, но уже в ноябре 1959 года удалось запустить одну из них на стометровую высоту, что доказало принципиальную возможность устойчивого полета при использовании импульсного движителя.
Еще одной проблемой была долговечность щита-толкателя. Вряд ли какой-нибудь материал способен выдержать воздействие температур в несколько тысяч градусов. Проблему решили, придумав устройство, разбрызгивающее на поверхности щита графитовую смазку. Путем эксперимента удалось установить, что при такой защите алюминий или сталь способны выдержать кратковременные тепловые нагрузки.
Авторы проекта быстро поняли, что без помощи государства им не обойтись. Тогда в апреле 1958 года они обратились в Управление перспективных исследований Министерства обороны США. В июле оно дало свое согласие на финансирование проекта с бюджетом в миллион долларов в год. Проект проходил под обозначением «Заказ № 6» с темой «Изучение ядерноимпульсных двигателей для космических аппаратов».
Тейлор и его коллеги были убеждены, что подход Вернера фон Брауна к решению проблемы космического полета ошибочен: ракеты на химическом топливе очень дороги, величина полезных грузов ограничена, потому они не могут обеспечить межпланетный или межзвездный перелет. Авторы проекта «Орион» хотели получить дешевый и максимально простой по устройству космический корабль, который мог бы развивать релятивистские скорости.
Площадку для первого опытного образца космического корабля «Орион» планировалось построить на полигоне Джекесс-Флэтс (Невада). Стартовый комплекс собирались оборудовать с помощью восьми башен высотой 76 м. Согласно проекту, масса корабля на взлете должна была составить около 10 тыс. т. Атомные заряды мощностью в 0,1 килотонну в тротиловом эквиваленте на этапе взлета должны были взрываться со скоростью один заряд в секунду. Затем, когда высота и скорость вырастут, частоту взрывов можно уменьшить. При взлете корабль должен был лететь строго вертикально, чтобы минимизировать площадь радиоактивного загрязнения.
В то время, когда специалисты НАСА лихорадочными темпами разрабатывали маленький одноместный корабль «Меркурий», создатели взрыволета строили планы дальних экспедиций к планетам Солнечной системы. «Наш девиз был таков, – вспоминал физик Фримен Дайсон, участвовавший в проекте. – Марс – к 1965 году, Сатурн – к 1970!»
«Орион» был космическим кораблем, словно бы взятым из фантастического романа о далеком будущем. Его полезная масса измерялась тысячами тонн. Полторы сотни человек могли с удобствами расположиться в его комфортабельных каютах. «Орион» был бы построен подобно линейному кораблю, без мучительных поисков способов снижения веса. Оставалось неясным, как такой корабль сумеет приземлиться на планету, но Тейлор полагал, что со временем удастся разработать надежный ракетоплан многоразового использования. Программа развития проекта «Орион» была рассчитана на 12 лет, расчетная стоимость – 24 млрд долларов, что было сопоставимо с запланированными расходами на лунную программу «Сатурн-Аполлон».
Однако приоритеты изменились. Агентство НАСА с первых дней своего существования отказалось рассматривать проекты ракет с ядерными двигателями, отложив эту тему на будущее. Окончательно программа «Орион» была закрыта в конце 1959 года, когда Управление перспективных исследований прекратило финансирование проекта.
Считается, что последний гвоздь в крышку гроба проекта «Орион» забил международный Договор о запрещении испытаний ядерного оружия, подписанный СССР, США и Великобританией 5 августа 1963 года в Москве. Согласно нему, все ядерные взрывы в атмосфере, космосе и под водой объявлялись незаконными. Никаких оговорок о мощности взрывов не делалось, поэтому даже мини-заряды попадали под этот запрет. Далеко не все ученые считали это разумным решением. Например, известный астрофизик Карл Саган полагал, что строительство взрыволетов – наилучший путь ликвидации запасов ядерного оружия.
В Советском Союзе идея использования ядерных зарядов в космической технике выдвигалась полвека назад. Инициатором обсуждения был академик Андрей Сахаров. Конструктивно взрыволет Сахарова должен был состоять из отсека управления, отсека экипажа, отсека для размещения ядерных зарядов, основной двигательной установки, жидкостных ракетных двигателей и баков химического топлива. Корабль также должен был иметь систему подачи ядерных зарядов и систему демпфирования для выравнивания ракеты после ядерных взрывов. В нижней части корабля должен был крепиться экран диаметром 25 м, в фокусе которого предстояло «греметь» ядерным взрывам. Старт с Земли осуществлялся с использованием жидкостных ракетных двигателей, размещенных на нижних опорах. Топливо и окислитель подавались из внешних навесных баков, которые после опорожнения можно сбросить. На жидкостных двигателях аппарат поднимался на высоту десятков километров, после чего включалась основная двигательная установка корабля.
В процессе работы над взрыволетом были рассмотрены и просчитаны несколько вариантов конструкции различных габаритов. Соответственно менялись и стартовая масса, и масса полезной нагрузки, которую удавалось вывести на орбиту.
Но надо отметить, что, несмотря на значительные массы конструкции, она не отличалась большими размерами. Например, «ПК-3000» («Пилотируемый комплекс» со стартовой массой 3000 т) имел высоту около 60 м, а «ПК-5000» («Пилотируемый комплекс» со стартовой массой 5000 т) – менее 75 м. Полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в этих вариантах составляла 800 и 1300 т соответственно. Элементарный расчет показывает, что соотношение массы полезной нагрузки к стартовой массе превышало 25 %! А ведь современная ракета на химическом топливе выводит в космос не больше 8 % от стартовой массы.
В качестве космодрома для взрыволетов серии «ПК» выбрали один из районов на севере Советского Союза. Выбор был продиктован двумя соображениями. Во-первых, северные широты позволяли проложить трассу полета ракеты над труднодоступными малонаселенными районами, что в случае аварии позволяло избежать лишних жертв. Во-вторых, запуск ядерного движителя вдали от плоскости экватора, вне зоны так называемой геомагнитной ловушки, предупреждал возникновение искусственных радиационных поясов.
Понятно, что взрыволет Сахарова попал под действие вышеупомянутого договора 1963 года и никогда не был реализован. Однако проработка отдельных элементов его конструкции ведется до сих пор. В частности, российские физики-энтузиасты придумали уникальную комбинированную (электромагнитную и гидравлическую) систему амортизации губительного импульса.
На взрыволетном принципе построен единственный технически обоснованный проект звездолета – «Дедал» (“Daedalus”). 10 января 1973 года на общем собрании Британского межпланетного общества (British Interplanetary Society, BIS) было принято решение о начале исследования практической возможности межзвездных полетов. Члены общества поставили перед собой задачу спроектировать беспилотный космический аппарат, способный в реально короткие сроки добраться до одной из ближайших звезд, провести научные исследования и передать на Землю полученную информацию.
Взрыволетный межзвездный зонд «Daedalus»
Работы над проектом «Дедал» проводились под руководством инженера Алана Бонда, который стоял во главе Главного координационного комитета из одиннадцати человек. Всего в реализацию проекта было вовлечено триста специалистов.
Проект был официально завершен в 1978 году выпуском отчета, в котором описана конструкция межзвездного зонда и даны научно-технические обоснования возможности его создания.
Целью полета зонда «Дедал» была выбрана звезда Барнарда, ведь в то время считалось «доказанным», что она имеет планеты. Мотивируя выбор, Алан Бонд добавлял, что конструкция, способная долететь до звезды Барнарда, тем более доберется до ближайшей системы Альфа Центавра. Продолжительность полета определили в сорок лет. Такой период выбирали как время, при котором участники начала работ по созданию звездолета могли бы дожить до получения результатов. Впоследствии это время было увеличено до сорока девяти лет.
За основу члены общества приняли схему проекта «Орион», однако почти сразу было решено использовать не энергию расщепления атомов в ходе цепной реакции делящегося вещества, а энергию термоядерного синтеза. В качестве топлива была выбрана смесь из дейтерия и гелия-3, поскольку синтез с ними не сопровождается значительным выходом радиации. Маленькая сфера-мишень, содержащая эти изотопы, вбрасывается в двигатель с помощью специальной пушки. В момент, когда мишень попадает в заданную точку полости двигателя, в нее одновременно выстреливают мощные лазеры; при этом топливо сжимается и нагревается до температуры, достаточной для инициирования реакции ядерного синтеза. При взрыве образуется облако ионизированного газа, напоминающее шаровую молнию, которое выталкивается наружу магнитным полем, ограниченным металлическими стенками камеры двигателя. Сила взрыва через магнитное поле передается стенкам камеры двигателя, а продукты взрыва выбрасываются из нее. Энергия взрыва идет на создание тяги (удельный импульс – миллион секунд!), а часть ее отбирается из продуктов взрыва с помощью индукционного селеноида, размещенного на выходе ускорительной части двигателя. Эта энергия затрачивается на «перезарядку» лазеров, готовых снова выстрелить в новый объем ядерного топлива, после чего процесс повторяется. Частота взрывов может достигать 250 в секунду, а мощность такого двигателя будет в несколько раз превышать электромощность, вырабатываемую на всем земном шаре.
Схема полета не предусматривала возможность торможения у цели (т. е. планетную систему звезды Барнарда предполагалось изучать с пролетной траектории), а вся масса проектируемого зонда составляла всего лишь 450 т (почти столько же весит Международная космическая станция). Несмотря на это для разгона до скорости, равной 0,1 от световой потребуется большое количество топлива – около 50 тыс. т! В этом и заключается главная проблема проекта. В то время как дейтерий имеется на Земле в достаточном количестве (главным образом в морях), запасы гелия-3 ничтожны. В настоящее время небольшие количества этого изотопа нарабатываются в ядерных реакторах, поэтому он очень дорог. Один килограмм гелия-3 стоит миллионы долларов. Очевидно, чтобы выделить необходимые для звездолета 30 тыс. т изотопа, следует изыскать какие-то другие источники. Первым источником может стать лунный реголит, который мы обсуждали в третьей главе. Однако поистине неисчерпаемые запасы ценного изотопа находятся в атмосфере Юпитера. Авторы проекта «Дедал» предлагали разместить на орбите Каллисто, спутника Юпитера, специальный аппарат для улавливания гелия-3 прямо из окружающего пространства. Согласно приближенным оценкам, юпитерианских запасов изотопа хватит на тысячу миллиардов (!) таких звездолетов, как «Дедал». Зонд просто подберет баки с гелием-3, пролетая мимо Каллисто.
В результате детальной проработки проекта была предложена двухступенчатая схема корабля. Каждая ступень имеет свой собственный взрывной движитель. В шести сферических сбрасываемых баках первой, наиболее тяжелой, ступени запасено 46 тыс. т топлива. В четырех таких же баках второй ступени содержится 4 тыс. т топлива. Несмотря на то, что вторая ступень по размерам меньше первой, она является «сердцем» корабля, поскольку на ее борту находится полезный груз с приборами и роботами-смотрителями. Полезный груз размещен в головной части второй ступени, защищенной от бомбардировки межзвездной пылью большим плоским экраном из бериллия толщиной 7 мм. В состав полезного груза входят восемнадцать вспомогательных космических зондов, каждый из которых имеет свою собственную двигательную установку, именно они и будут исследовать планетную систему. Управлять полетом в течение всей экспедиции должен мощный бортовой компьютер с большой емкостью памяти и зачатками «искусственного интеллекта», поскольку ему понадобится принимать оперативные решения без вмешательства человека. Ремонтом систем и аппаратов, входящих в состав полезной нагрузки, займутся роботы-смотрители «Варден» (“Warden” с англ. «Надзиратель»). На борту разместят двух таких роботов с изотопными источниками энергии, собственными двигательными установками, манипуляторами и наборами чувствительных элементов. Каждый робот будет иметь автономный электронный «мозг», а для решения более сложных задач или получения исходных данных будут использоваться каналы микроволновой связи с главным компьютером экспедиции.
Во время пролета мимо звезды Барнарда корабль рискует столкнуться с каким-либо крупным метеороидом – на релятивистских скоростях это приведет к мгновенной гибели зонда. Чтобы защитить его, предполагается создать на расстоянии 200 км впереди корабля искусственное плотное облако намагниченной пыли – его состав будет поддерживаться космическим аппаратом небольших размеров, который получил название «Пылевой жук». Любой крупный объект на трассе полета сначала столкнется с пылевым облаком, и при этом произойдет столь интенсивное выделение энергии, что тела с массой до полутонны будут разрушены и испарятся практически мгновенно. За время, пока в эту зону войдет «Дедал» (около пяти тысячных долей секунды), шальной метеороид окажется рассеян, и бериллиевому экрану останется лишь обеспечить защиту от образовавшейся при взрыве плазмы.
После пролета мимо звезды Барнарда начнется передача информации в Солнечную систему. В конструкции корабля «Дедал» предусмотрено четыре ядерных реактора, вырабатывающих энергию для работы радиостанции мощностью 5 мегаватт. Потребуется около трех лет для неоднократной передачи всей информации со скоростью 10 килобит/с и шесть лет для достижения Земли сигналами. Добавим сюда продолжительность экспедиции от момента старта до встречи с целью (49 лет) и найдем, что пройдет почти 60 лет, пока будут получены какие-либо научные данные со звездолета. Кроме того, на конструирование, изготовление, испытания и заправку топливом такого корабля потребуется от 15 до 20 лет. Так что период между началом разработки проекта и получением научных данных может превысить 80 лет (т. е. время человеческой жизни).
Главный результат проекта «Дедал» – доказанная возможность межзвездных перелетов. Принятая схема зонда и многие конструктивные решения не потеряли своей актуальности. Материалы проекта используются в образовательных программах, по нему делают курсовые и дипломные работы. «Дедал» рассматривают в первую очередь, когда заходит речь об очередной идее достижения звезд. К примеру, с 1987 по 1988 годы агентство НАСА и Военно-морская академия США прорабатывали совместный проект «Лонгшот» (“Longshot” с англ. «Дальний выстрел»»), предполагающий запуск к Альфе Центавра зонда с ядерным двигателем. Особенно подчеркивалось, что в «Лонг-шот» используются существующие технологии, хотя и требующие некоторого развития. При первоначальной мощности 300 киловатт ядерный реактор должен давать энергию лазерам, которые применяются для начала термоядерного синтеза, как и на «Дедале». Звездолет «Лонгшот» имеет стартовую массу 396 т, включая 264 т топлива (гелий-3 и дейтерий). Разница в организации миссии состояла в том, что «Лонгшот» должен был выйти на орбиту вокруг звезды, тогда как «Дедал» совершил бы пролет мимо нее. Согласно новому проекту, полет до выхода на орбиту Альфа Центавра В занял бы около ста лет при максимальной скорости 13 411 км/с (примерно 4,5 % световой).
Сегодня «Дедал» породил еще одну «дочернюю» разработку – «Икар» (“Icarus”), над которым с сентября 2009 года трудится организация американских ученых “Tau Zero Foundation”, одним из основателей и президентом которой является физик Марк Миллис из НАСА. Также в проекте принимают участие члены Британского межпланетного общества. Конкретная цель нового межзвездного зонда, проектируемого по той же взрыволетной схеме, не определена – решено, что он должен летать к любой звезде в пределах 15 световых лет. Кроме того, обсуждение планов по возрождению проекта «Дедал» проходило на симпозиумах, организуемых в рамках программы «Столетний звездолет» (“100 Year Starship”), которую инициировало НАСА при поддержке Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (Defense Advanced Research Projects Agency – DARPA).
Может показаться, что все проекты взрыволетов так и останутся на бумаге, ведь Договор о запрещении испытаний в трех средах является серьезным препятствием на пути осуществления этих амбициозных планов. Однако не следует забывать, что любой договор – это всего лишь слова, записанные на бумаге, и он может быть отменен. Сегодня действие Договора 1963 года фактически приостановлено, ведь к нему так и не присоединились Франция, Китай и новоиспеченные члены «ядерного» клуба. Его должен был заменить Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний, открытый для подписания в сентябре 1996 года. Но его не торопятся ратифицировать даже в США, а правительства Индии, Пакистана и КНДР категорически отказались подписывать его.
Российская Федерация не только подписала, но и ратифицировала Договор 1996 года. Возможно, мы поторопились. Взрыволеты – единственное реальное средство достижения релятивистских скоростей, и их особый статус стоило бы оговорить в этом документе. Получается, что Соединенные Штаты
Америки еще имеют возможность использовать взрыволетную технологию, а мы – уже нет. На месте наших политиков я бы задумался о том, чтобы вообще денонсировать международные договоры, ставящие Россию в ущербное положение. Например, вышли США из Договора по противоракетной обороне – никто им даже возразить не посмел. Чем мы хуже?..
6.5. Корабли поколений
Как видите, даже самому быстрому из взрыволетных зондов придется добираться до ближайших звезд больше сорока лет. Если туда же отправить корабль с экипажем, его путешествие займет всю жизнь космонавтов. Допустим, завтра такая необходимость возникла. Тогда впору будет задуматься о строительстве «корабля поколений».
Первым идею межзвездного корабля, рассчитанного на длительность полета, превышающую жизнь поколения, высказал Константин Циолковский. Он верил, будто бы в космосе существуют инопланетные цивилизации, развитые настолько, что обладают способностью создавать и уничтожать целые миры. Глобальная цель этих цивилизаций – уменьшение страданий живых существ в масштабах Вселенной, а наша Земля – нечто вроде тихой оранжереи на окраине, в которой проводится эксперимент по выращиванию новых биологических видов. Если мы не сумеем уменьшить «страдания» до приемлемого уровня, инопланетяне явятся и уничтожат нас как сорную траву. Чтобы этого не произошло, необходимо выйти в новый ареал обитания – в космос. Только в космосе, в автономных городах-сферах, лучшие сыны человечества получат среду для комфортабельного существования без болезней и боли. Выход в космос, по мнению Циолковского, позволит решить еще и проблему перенаселения Земли. В начале ХХ века считалось, что потребности человечества из-за роста его численности увеличиваются куда быстрее, чем производство. Из-за этого к концу века должны были закончиться не только возможности для расширения производства, но и невосполнимые ресурсы. К счастью, пессимистические прогнозы не оправдались.
В 1926 году Циолковский, обобщив свои теоретические соображения, составил «План завоевания межпланетных пространств». Согласно этому плану, первоначально на околоземной орбите нужно смонтировать «обширные поселения», существующие за счет солнечной энергии. Затем человечество двинется с ближайших орбит в пояс астероидов, которые можно использовать для строительства космических кораблей и городов. После того как будет проведена разведка ближайших звезд, летающие города-астероиды пустятся в межзвездное плавание, которое может продлиться десятки или даже сотни лет. Для Циолковского не имело значения, сколько поколений сменится на таком звездолете за время рейса. Главное – цель будет достигнута и люди расселятся по Галактике.
Идея «кораблей поколений» столь далека от практической реализации, что всерьез ее никто не рассматривал вплоть до начала 1960-х годов. Однако именно в этот период ученые, находясь под впечатлением от советского космического прорыва, стали делать осторожные, но куда более оптимистичные прогнозы по поводу сроков осуществления первой межзвездной экспедиции. Тогда же появились и проекты летающих городов, способных обеспечить всем необходимым сотню-другую космонавтов.
Наиболее реалистичный проект «корабля поколений» предложил американский физик Фримен Дайсон, участвовавший в проекте «Орион». В 1959 году он подготовил записку для руководства проекта, в которой впервые описал межзвездный корабль на взрыволетном принципе. Корабль представлял собой огромную полусферическую конструкцию с щитом-толкателем, за которым должны были рваться атомные бомбы, разгоняющие его до скорости 10 000 км/с. Этот корабль мог добраться до ближайших к нам звезд системы Альфа Центавра за 150 лет. Главной целью полета должно было стать сохранение человеческой культуры – к Альфе Центавра предполагалось отправить не обычных колонистов, а тысячу лучших представителей земной цивилизации, в том случае если на Земле разразится глобальный катаклизм.
За десять лет Дайсон обдумал свою идею и под самое закрытие проекта «Орион» предложил более конкретные цифры. Звездолет превратился в настоящий летающий город с диаметром основы 150 км и массой в 240 млн т. Согласно расчетам физика, этот гигантский корабль только 30 лет должен был разгоняться до необходимой скорости, истратив на разгон 25 млн атомных бомб. Проблемы стоимости Дайсона не волновали, поскольку он предположил, что на строительство звездолета будет потрачено как минимум двести лет и даже при минимальном четырехпроцентном росте экономики проект не нанесет значительного финансового ущерба странам-участницам. Интересно, что, описывая свой корабль поколений в 1969 году, Дайсон добавил еще две причины, по которым тот может быть создан и запущен к звездам. Человеческая цивилизация должна иметь «запасной» мир на случай большой внезапной катастрофы или независимую колонию на случай резкого изменения политической обстановки (например, в результате победы фашистской диктатуры).
Идею Циолковского о космических поселениях развивал еще один американский физик – Джерард К. О’Нейл. В 1969 году, в дни полета «Аполлона-11», О’Нейл организовал студенческую дискуссию на тему «Пригодны ли планеты для распространения развитой цивилизации?» Рассмотрев доводы за и против, студенты пришли к выводу, что предпочтительным является строительство самообеспечивающихся космических городов, внутри которых будет воспроизведена земная среда обитания. Десятки тысяч людей захотят переселиться в эти города из переполненных и грязных мегаполисов Земли, поскольку в космосе им будет предоставлены более комфортные условия для жизни. В дальнейшем О’Нейл посвятил себя развитию и популяризации этого грандиозного замысла. Он разработал несколько вариантов космических поселений, предложив строить их из материалов, добываемых на Луне.
Простейшее космическое поселение О’Нейла представляет собой два спаренных длинных цилиндра, вращающихся вокруг осей в противоположные стороны для компенсации гироскопического эффекта. Люди будут жить внутри этих цилиндров, на стенах которых устроен искусственный ландшафт, образующий естественную растительную среду: траву и деревья, ручьи и водоемы. Три продольные «долины» (зоны земли) перемежаются по кругу «солярисами» (окнами), и естественный солнечный свет попадает во внутреннее пространство с помощью трех прямоугольных зеркал, положением которых управляет компьютер, регулирующий климат и продолжительность дня. Первое поселение будет иметь массу около 500 тыс. т. На его создание и обживание потребуется около шестнадцати лет. Когда такое «опорное» поселение будет полностью оборудовано, оно послужит базой для строительства новых сооружений.
Снабдив поселения мощными двигателями, можно отправить их в длительный, продолжительностью в тысячелетия, полет к ближайшим звездам. О’Нейл писал, что такие корабли поколений имеет смысл отправлять не в одиночестве, а в компании с подобными: чтобы между летающими городами существовали информационная и транспортная связи, чтобы они могли осуществлять торговлю и обмен своими культурными достижениями. В таком случае даже тысячелетний рейс не покажется скучным.
Что касается советских ученых, то после Циолковского они относились к идее «кораблей поколений» с большой осторожностью. Авторы отечественных трудов на тему межзвездных перелетов обычно исходили из того, что полет туда и обратно должен быть осуществлен в период зрелости одного поколения, максимум – за сорок лет.
В связи с «кораблями поколений» имеет смысл вспомнить о социальном аспекте. Поскольку эволюция общества обитателей «кораблей поколений» в научных кругах практически не обсуждалась, обратимся к фантастике, тем более что эта тема среди фантастов одна из наиболее уважаемых. Разумеется, писателей мало интересует, как и когда будут построены такие звездолеты; им куда интереснее, к чему придет социум, столетиями проживающий в ограниченном объеме пространства.
Американские исследователи считают, что «корабль поколений» в художественной литературе впервые описал их соотечественник Лоуренс Мэннинг в рассказе «Живая галактика» (“The Living Galaxy”), опубликованном в 1934 году. Однако более внимательное изучение вопроса показывает, что первым «корабль поколений» в фантастику ввел замечательный советский писатель Вивиан Итин. В повести «Страна Гонгури», вышедшей в 1922 году (она издавалась так же под названиями «Открытие Риэля» и «Высокий путь»), персонаж попадает в утопический параллельный мир, в котором Солнечная система уже освоена и предпринимается первый полет к звездам: «Полтораста лет перед этим Тароге поднялся за пределы солнечной системы, чтобы никогда не возвращаться. С ним было двадцать человек детей. Взрослых было всего трое. Потому что путь их должен был длиться более тридцати наших годов…»
Более подробно тему корабля поколений раскрыл другой советский фантаст – Абрам Палей. В романе «Планета Ким» (1930) группа комсомольцев отправляется на Луну, но из-за ошибки в расчетах попадает на астероид Цереру. Там они основывают колонию, образовывают семейные пары, рожают детей.
Однако ни повесть Итина, ни роман Палея, ни более поздняя повесть американца Дона Вилкокса «Путешествие длиной в 600 лет» (“The Voyage That Lasted 600 Years”, 1940) не оказали заметного влияния на читателя. Своеобразный прорыв произошел после повести «Вселенная» (“Universe”, 1941) молодого американского писателя Роберта Хайнлайна. Произведение, известное у нас под названием «Пасынки Вселенной», рассказывало о «корабле поколений», экипаж которого забыл о цели и смысле своего полета. Более того, сам корабль воспринимается его обитателями как вселенная, а обрывки информации, сохранившейся от первого экипажа, превратились в местный фольклор. Хайнлайн сразу задал стандарт произведений о «кораблях поколений». Он указывал на опасность бунта, который может привести к тому, что в «корабле поколений» возникнет совершенно новая цивилизация, чуждая всему земному.
В той или иной степени идею Хайнлайна обыграли другие авторы: Клиффорд Саймак в «Поколении, достигшее цели» (“Target Generation”, 1953), Чэд Оливер в «Сквозняке» (“The Wind Blows Free” 1957), Брайан Олдисс в «Без остановки» («Non-Stop», 1958), Сэмуэль Дилэни в «Балладе о Бете-2» (“The Ballad of Beta-2”, 1965), Гарри Гаррисон в «Плененной вселенной» (“Captive Universe”, 1969) и Фриц Лейбер в «Корабле призраков» (“Ship of Shadows”, 1969). Джин Вулф в тетралогии «Книга Долгого Солнца» (“The Book of the Long Sun” 1993–1995) основой сюжета сделал процесс изучения одичавшими потомками первого экипажа огромного космического поселения, построенного по проекту О’Нейла.
Впрочем, идеей бунта с последующей деградацией экипажа тема «кораблей поколений» не исчерпывается. «Корабль поколений» как ковчег, на котором спасаются избранные носители культуры, описывает Ли Бреккет в романе «Альфа Центавра или смерть!» (“Alpha Centauri – or Die!”, 1953) и Роджер Диксон в романе «Ной-2» (“Noah II”, 1970). Масштабную космическую экспансию, осуществляемую посредством летающих механизированных городов-заводов, описал Джеймс Блиш в тетралогии «Города в полете» (“Cities in Flight”, 1956–1962). Оригинальное развитие темы предложила Джудит Мерил в повести «Загадай желание» («Wish Upon a Star», 1958): на «корабле поколений» к звездам отправляются женщины, прихватив с собой четырех мужчин «на развод». А в повести «Вступление в жизнь» (“A Start in Life”, 1951) Артура Селлингса экипаж «корабля поколений» погибает от «космической чумы», и в живых остается парочка детей, воспитание которых ложится на роботов.
Тема «корабля поколений» может быть и предметом сатиры. Например, Роб Грант, известный как автор антисоветского «Красного рассвета», издал искрометный роман «Колония» (“Colony”, 2000) об очередном ковчеге для избранных, которые по прошествии многих лет космического полета оказываются вовсе не теми, за кого себя выдают.
Но самое интересное, что тема «корабля поколений» оказалась способна породить по-настоящему крупное произведение, удостоенное… Нобелевской премии! Именно историю взаимоотношений членов экипажа такого корабля положил в основу поэмы «Аниара» (“Aniara”, 1956) великий шведский прозаик, поэт и нобелевский лауреат Харри Мартинсон. На основе этой поэмы шведский композитор Карл-Биргер Блумдаль написал одноименную оперу (1959), которая с успехом прошла по крупнейшим сценам Европы. В поэме и опере рассказывается о трагической судьбе обитателей космического ковчега «Аниара», сбившегося с курса и обреченного на тысячелетнее скитание по Галактике.
«Корабли поколений» были и остаются прежде всего литературным образом. Вряд ли мы доживем до того времени, когда человечество решится построить такой корабль и отправить его к звездам. Хотя кто может сказать наверняка? Вдруг завтра над нашей планетой нависнет угроза неминуемой гибели и межзвездный ковчег станет последней надеждой на сохранение человеческого рода?..
Итак, мы установили, что достижение звезд технически осуществимо при помощи технологии взрыволетного движения, получившей начальное развитие в рамках проектов «Орион», «Дедал», «Пилотируемый комплекс», «Лонгшот» и «Икар». И мы теперь знаем, зачем нужен лунный изотоп гелий-3 – как топливо для космических кораблей, которые способны преодолеть извечную проблему соотношения массы полезной нагрузки и массы ракеты. Таким образом, звезды становятся доступными уже в обозримом будущем, а непосредственное изучение ближайших из них, входящих в систему Альфа Центавра, вполне может быть определено как стратегическая цель космической экспансии.
В то же время мы увидели, что существует довольно много факторов, препятствующих быстрому получению результата: подготовка и обеспечение полета даже простейшего зонда потребует десятилетий напряженной работы десятков тысяч высококвалифицированных специалистов. Причем надо сразу понимать, что те, кто начнет работу, не доживут до ее завершения. Стоит ли в таком случае начинать? К счастью, на этом пути существует несколько достаточно захватывающих задач, решение которых будет способствовать расширению возможностей человечества. Тут и полеты к астероидам, и полигон на Луне, и создание баз на малых телах Солнечной системы, а в перспективе – освоение спутников Юпитера, которые могут послужить не только местом для добычи гелия-3, но и миниатюрной моделью чужой звездной системы. Разумеется, понадобится и предварительная разведка, т. е. когда-нибудь нужно будет построить и запустить орбитальный телескоп, способный «разглядеть» землеподобные планеты у соседних звезд.
Однако возникает вопрос: что мы ставим во главу угла – посылку беспилотного межзвездного зонда или все-таки пилотируемую экспедицию к Альфе Центавра? Кажется, что вопрос беспредметен, ведь пока не существует транспортных средств, которые позволили бы нам хотя бы выбраться за пределы околоземной орбиты – что уж тут говорить о межзвездных перелетах? Проблема в том, что в ответе содержится мотивация. Согласитесь, что одно дело – строить очередного «умного» робота, который когда-нибудь, через сотню лет, даст много новой информации науке, и совсем другое – закладывать основу для грандиозного прорыва, в котором будут участвовать наши дети, внуки и правнуки. Робот не сможет принести в иные миры нашу культуру и память о нас – это способны сделать только люди.
Сергей Королёв и Вернер фон Браун строили свои ракеты для себя: они всерьез собирались слетать на Луну и Марс. Когда началась космическая эра, им стало ясно, что сами они не полетят никогда, но осознание причастности к величайшему действу позволило им довести сложнейшую работу до логического завершения и получить заслуженные лавры. Создатели будущих звездолетов должны быть уверены, что они работают не только на науку, но и на культуру, на ее сохранение и преумножение, что они в сущности являются первыми представителями галактического человечества и что когда-нибудь их именами назовут планеты у других звезд – только в этом случае для них не будет иметь принципиального значения, доживут они до первой межзвездной экспедиции или нет.
Обеспечить такую мотивацию способно общество. Конструктор и изобретатель не должны быть маргиналами в глазах общественного мнения, космонавт не должен выглядеть чудаком или неудачником. В полет к звездам должны отправиться люди – современные, с широкими взглядами, с большим багажом знаний и личного опыта. Если «корабль поколений» населить беженцами или фанатиками, экспедиция завершится катастрофой, как и предсказывали писатели-фантасты. Нужно понимать, что архаичные модели общественного устройства не отвечают условиям межзвездного полета (если говорить честно, то они не отвечают даже условиям межпланетного). Сама наша цивилизация должна сильно измениться, чтобы такой полет стал возможным. Пора вернуться в XXI век и искать новые модели взаимодействия между людьми – такие, в которых равенство и терпимость были бы не пустыми словами, авторитет знаний был бы высок, широта взглядов и тяга к преобразованию мира считались бы нормой. Все это есть и в современном нам обществе, но зачастую подвергается обструкции из конъюнктурных соображений. Глобальный проект расширения космической экспансии сделает невозможным наступление архаики. И, похоже, в этом наш последний шанс…
Глава 7
Последний космический шанс
Читать бесплатно другие книги:
