В наши дни межзвездные путешествия с последующей колонизацией кажется нам не очень-то вероятными. Главные физические законы просто мешают их осуществлению, так что многие люди об этом и не задумываются – как о невозможном. Иные пытаются сломать физические законы или хотя бы отыскать обходной путь, позволивший бы нам путешествовать к дальним созвездиям и изучить новые невероятные миры.

Космические дали

Все, что вкладывается в понятие «варп двигатель», имеет отношение скорее к «Звездному пути», нежели к NASA. Суть варп двигателя Алькубьерре заключается в возможности решения, или хотя бы поиска его, проблемы преодоления ограничений, накладываемых Вселенной на путешествия со скоростью большей скорости света.

База этой идеи относительно проста, так что для объяснения ее NASA берет в качестве примера беговую дорожку. Именно она и является варп двигателем, который движется по пространству-времени в некоем пузыре расширения. И пространство-время просто сжимается перед варп двигателем, позади него опять расширяется. Теоретически это дает двигателю возможность перемещать пассажира на скорости большей, чем скорость света. Полагают, что один ведущих принципов, который связан с расширением пространства-времени, позволил Вселенной оперативно расширитьсяза какие-то мгновения после Большого Взрыва. Теоретически идея вполне выполнима.

Гораздо сложнее создать собственно варп двигатель, ведь на это потребуется массивнейший мешок с негативной энергией вокруг подобного аппарата. Пока неясно, насколько это в принципе возможно. Более того, пространственно-временные манипуляции наводят на еще более сложные задачи: о странствиях во времени, подпитке негативной энергией самого аппарата, о его включении и выключении.

Базовая идея предложена физиком Мигелем Алькубьерре. Он также разъяснил возможности варп двигателя, заключающиеся в движении по протранственно-временным волнам вместо выбора наиболее длинного пути. Технически идея не противоречит законам путешествий на скорости быстрее света, а в пользу возможности ее воплощения говорит и математическое ее обоснование

Интернет между звездами

Если Интернета нет на Земле, и вы не можете загрузить на своем смартфоне даже GoogleMaps, это кажется ужасным. Во время перелетов между звездами без него станет еще хуже. Выход в космос является лишь первым шагом. Ученые уже сейчас начинают думать, как быть, когда нашим беспилотным и пилотируемым зондам понадобится отсылать сообщения на Землю.

NASA еще в 2008 году смогло с успехом провести первое тестирование межзвездной версии Интернета. Запустили этот проект еще в 1998 году в границах партнерства Google и JPL (Лабораторией реактивного движения NASA). Десять лет спустя партнеры обзавелись уже системой Лабораторией реактивного движения NASA (Disruption-TolerantNetworking), позволяющей пересылать на космический аппарат изображения за тридцать миллионов километров.

Технология эта должна справиться со значительными перебоями и задержками в передачах. Так что сможет продолжать передавать данные, даже если сигнал прервется минут на двадцать. Она в состоянии, не потеряв информацию, проходить через, между и сквозь все, от солнечных бурь и вспышек вплоть до мешающих ей планет, оказавшихся на пути передачи данных.

Винт Серф, являющийся одним из основателей земного Интернета, а также пионером межзвездного аналога, система DTN сможет преодолеть все проблемы, связанные с традиционным протоколом TCIP/IP, когда тому приходится работать в космических масштабах на огромных расстояниях. Скажем, поиск в Google на Марсе с TCIP/IP будет столь долгим, что пока запрос обработается, результаты поменяются, а информация на выходе частично утратится. С DTN инженеры смогли добавить нечто радикально новое: возможность назначения разным планетам различных доменных имен и выбора, на какой планете хотелось бы осуществлять поиск в сети Интернет.

Так как быть с путешествием к пока еще не знакомым нам планетам? Как полагают в ScientificAmerican, может оказаться методика весьма трудоемкой и дорогой, позволяющая проводить Интернет к Альфе Центавра. Можно запустить серию из самовоспроизводящихся зондов фон Неймана, создав, таким образом, длинную цепочку ретрансляционных станций. Они смогут переправлять данные по межзвездной цепи. Родившийся в нашей системе сигнал, пройдя по зондам, сможет достичь Альфы Центравра, и наоборот. Правда, понадобится множество зондов, на возведение и запуск которых будут затрачены миллиарды. А ели учесть, что наиболее дальнему зонду на преодоление своего пути потребуются тысячи лет, можно предполагать, что за такой срок поменяется как собственно технология, так и совокупная стоимость такого мероприятия. Так что спешить не стоит.

Колонизация космоса эмбрионами

Одной из самых крупных проблем путешествий между звездами, да и колонизации вообще, является количество времени, необходимого на то, чтобы добраться хоть куда-нибудь, даже располагая какими-либо варп-двигателями. Собственно, с задачей доставки в пункт назначения группы поселенцев связана масса проблем. Так что появились идеи отправки не группы из колонистов с абсолютно укомплектованным экипажем, а корабля с эмбрионами, являющимися семенами грядущего человечества. Как только корабль преодолеет нужное расстояние, практически достигнув пункта назначения, замороженные ранее эмбрионы станут расти. Затем из них получатся дети, растущие на корабле. По достижении пункта назначения у них появятся все способности для зачатия новой цивилизации.

Естественно, с этим связана масса вопросов, скажем, как и кем будет осуществляться взращивание эмбрионов. Воспитать людей могли бы и роботы, но какими окажутся люди, выращенные роботами? Поймут ли роботы, что требуется ребенку для роста и процветания? Разберутся ли они в системе поощрения и наказания, а также человеческих эмоциях? Кроме того, предстоит еще разобраться, как именно сохранять в целости замороженные эмбрионы в течение столетий, а также – как их выращивать в искусственной среде.

Было, в частности, предложено решение, справляющееся с проблемами робота-няньки. Это создание комплекса из двух кораблей: с эмбрионами и со спящими в анабиозе взрослыми, готовыми пробудиться, как только потребуется растить детей. Череда лет, сопровождающихся воспитанием детей и возвращением в состояние спячки, теоретически может привести к стабильной популяции. Аккуратно организованная партия эмбрионов позволит гарантировать генетическое разнообразие, позволяющее поддержать популяцию в относительно устойчивом виде и после установления колонии. Возможно включение в корабль с эмбрионами и дополнительной партии, позволяющей в дальнейшем вносить в генетический фонд дополнительное разнообразие.

Зонды фон Неймана

Все, что нами возводится и отправляется в космос, рано или поздно столкнется со своими собственными проблемами. Создать нечто, способное проехать миллионы километров, не развалившись, не угаснув и не сгорев, кажется задачей, абсолютно нереальной. Однако решение ее, вероятно, уже нашли десятилетия назад. Физик Джон фон Нейман еще в 40-х годах прошлого века предложил воспроизводящуюся механическую технологию. Идея его к межзвездным путешествиям вообще никак не относилась, однако неизбежно пришла к этому. В итоге зонды фон Неймана теоретически реально было бы применять для изучения громадных межзвездных территорий. Некоторые исследователи полагают, что идея о том, что нам первым все это пришло в голову, не просто помпезна, но еще и маловероятна.

Ученые, работающие в Университете Эдинбурга, опубликовали в International Journalof Astrobiology работу, в которой изучили не просто вероятность создания подобной технологии для собственных человеческих «нужд», но и вероятностьтого, что это уже кем-то сделано. Предыдущие расчеты демонстрировали, насколько далеко в состоянии забраться аппарат с применением различных методик передвижения. Базируясь на них, ученые исследовали, каким образом изменится это уравнение, если применять его к самовоспроизводящимся зондам и аппаратам.

Строили свои расчеты ученые вокруг самовоспроизводящихся зондов, способных применять мусор и прочие космические материалы для возведения младших зондов. Зонды родительские и дочерние умножались бы столь быстро, что за десяток миллионов лет, покрыли бы всю галактику. И это при условии движения на скорости 10% от скорости света. Это значило бы, правда, что в некий момент нас должны были бы посетить те или иные подобные зонды. Но мы их не замечали, значит, можно удобно все объяснить: либо наше технологическое развитие недостаточно для понимания, где именно искать, либо мы в галактике по-настоящему одиноки.

Черная дыра в рогатке

Идею применения для выстрела гравитацией Луны или планеты, подобно рогатке, в нашей Солнечной системе на вооружение брали неоднократно: это было с «Вояджером-2», получившим на пути из системы дополнительный толчок сперва от Сатурна, а затем от Урана. По идее, корабль маневрирует, увеличивая или уменьшая, таким образом, скорость, продвигаясь сквозь гравитационное поле планеты. Особенно дорога подобная методика писателям-фантастам.

Писатель Кип Торн предложил идею о решении для аппарата при помощи такого маневра одной из самых крупных проблем путешествий между звездами – топливное потребление. Он предложил относительно рискованный маневр: разогнаться при помощи черных бинарных дыр. Проделав вокруг черных дыр несколько оборотов, аппарат наберет близкую к световой скорость. Останется лишь, хорошенько прицелившись, активировать ракетную тягу для прокладки себе курса к звездам

Невероятно? Конечно! Удивительно? Несомненно! Как подчеркивает Торн, у подобного решения существует множество проблем, скажем расчеты времени и траекторий, не позволяющих отправлять аппарат непосредственно в ближайшую звезду, планету или иное тело. Есть вопросы и относительно возвращения домой. С другой стороны, решившись на столь невероятный маневр, вы вряд ли планируете возвращаться.

Уже даже образовался прецедент для подобной идеи. Астрономы в 2000 году смогли выявить тринадцать сверхновых, которые летят по галактике с сумасшедшей скоростью в девять миллионов километров в час. Как выяснили ученые из расположенного в Урбана-Шампань Университета Иллинойса, данные своенравные звезды оказались выброшенными из галактики двумя черными дырами, замкнутыми в пару, во время разрушения, когда сливались две галактики.

Земля

Когда мы переходим к запуску любых агрегатов, даже самовоспроизводящихся зондов, перед нами встает проблематика потребления топлива. Но это не останавливает исследователей в поиске свежих идей запуска зондов на межзвездные расстояния. На подобный процесс потребовались бы мегатонны энергии в случае применения имеющихся в настоящее время технологий.

Как заявил Форрест Бишоп, работающий в Институте атомной инженерии, он изобрел методику запуска межзвездных зондов, требующую энергию в объемах, эквивалентных примерно энергии обычной автомобильной батареи. В теории его Starseed Launcher окажется длиной в тысячу километров. Состоять он будет преимущественно из проводов с проволокой. Невзирая на свою длину, вся эта конструкция способна поместиться в единственном грузовом судне, зарядившись от десятивольтовой батарейки.

Частью общего плана является запуск зондов, имеющих массу чуть более микрограмма и содержащих лишь базовую информацию, требующуюся для дальнейшего возведения зондов уже в космосе. За ряд операций вполне реально запустить миллиарды подобных зондов. Главная суть плана заключается в способности самовоспроизводящихся зондов к объединению друг с другом вскоре после запуска. Собственно пусковой механизм оборудуют сверхпроводящими катушками магнитной левитации. Они создают обратную илу, дающую тягу. Как говорит Бишоп, некоторым деталям его плана еще нужна проработка: скажем, как противодействие зондами межзвездному мусору с радиацией. В целом же можно приступать к возведению.

Специальные растения для жизни в космосе

Когда мы соберемся куда-либо, нам потребуются методики регенерации кислорода и выращивания пищи. Физик Фримен Дайсон выдал несколько любопытных идей относительно решения этих задач.

Еще в 1972 году он читал в лондонском колледже Биркбек свою лекцию, ставшую знаменитой. Именно тогда он предположил, что при помощи генетических манипуляций вполне реально создавать деревья, способные не просто расти, но даже процветать на весьма неприветливой поверхности – скажем, на комете.

Перепрограммировав дерево на отражение ультрафиолетового света и более эффективное сохранение воды, можно помочь дереву не просто пустить корни и затем расти, но и достигнуть размеров, невероятных по земным меркам. Как предположил Дайсон в одном из интервью, вероятно, в будущем возникнут черные деревья, не только в космосе, но и на Земле. Основанные на кремнии, деревья стали бы более эффективными. А ведь именно эффективность является ключом к продолжительности существования. Как подчеркивает Дайсон, процесс этот не будет быстрым. Вероятно, через пару сотен лет мы выясним наконец, как заставить деревья развиваться и в космосе.

Идея его является не такой уж и нелепой. Есть целый отдел, Институт передовых концепций NASA, который занимается решением проблем будущего. Присутствует среди них и задача выращивания на поверхности Марса стабильных растений. На этой планете даже тепличные растения станут произрастать в чрезвычайных условиях. Ученые уже изучают различные варианты в попытках совмещения растений с экстремофилами. Эти микроскопические, совершенно крошечные организмы способны выживать в жесточайших условиях на Земле. От высокогорных томатов, обладающих встроенным в них сопротивлением к ультрафиолетовому свету, вплоть до бактерий, выживающих в наиболее горячих, глубоких, холодных уголках нашей планеты. Возможно, рано или поздно у нас получится по частицам собрать марсианский сад. Осталось лишь разобраться, как собрать воедино все такие кирпичики.

Утилизируем ресурсы локально

На Земле очень актуальной тенденцией стало проживание в отрыве от земли. Но когда дело доходит до длительных космических миссий, тренд превращается в необходимость. NASA в настоящее время занимается, помимо прочего, исследованием проблемы локальной утилизации ресурсов (или ISRU). Пространства на космическом судне маловато, так что для любых долгосрочных поездок или колонизации станет необходимостью применение систем, применяющих материалы, которые удастся обнаружить в космосе и на прочих планетах. В особенности это актуально, если пунктом назначения окажется место, в которое крайне затруднительно доставлять груз снабжения, еду, топливо и все прочее. Первые попытки продемонстрировать возможности применения локальных ресурсов предпринимались уже во время полярных миссий и на склонах гавайских вулканов. В перечень задач вошли такие элементы, как добыча из пепла и прочих доступных в окрестностях материалов топливных компонентов.

В августе прошлого года NASA решилось на невероятное заявление. Оно продемонстрировало новые устройства, которые будут отправлены со следующим марсоходом на Марс. Запуск его запланирован на 2020 год. В арсенале этого марсохода, среди прочих инструментов есть MOXIE, являющийся экспериментом по утилизации ресурсов на локальном уровне, например, марсианского кислорода. Забирая атмосферу Марса, на 96 процентов состоящую из кислорода и непригодную для дыхания, MOXIE будет разделять ее на моноксид углерода и кислород. Аппарат будет в состоянии за каждый час работы производить 22 грамма кислорода. Как надеется NASA, MOXIE будет в состоянии демонстрировать также непрерывную работу, не снижая при этом эффективность или продуктивность. MOXIE способен оказаться не просто важнейшим шагом в сторону внеземных долгосрочных миссий, но и проложить дорожку для огромного количества преобразователей различных вредных газов в полезные.

Космическое воспроизводство может оказаться проблемным на разнообразных уровнях, в особенности, в условиях микрогравитации. Как показали проведенные в 2009 году японскими учеными эксперименты на эмбрионах мышек, даже в случае оплодотворения в условиях ненулевой гравитации, развивающиеся за границами привычного земного притяжения (или его аналога) эмбрионы нормально не развиваются. Проблемы появляются, когда клеткам следует делиться. Это не значит, что оплодотворения вовсе не происходит. Зачатые в космосе, а затем подсаженные в земных самок, эмбрионы мышей успешно вырастали, а затем рождались без осложнений.

Таким образом возникает и иной вопрос: каким образом производство детей сработает в условиях микрогравитации? Механика его делается несколько нелепой физическими законами, в особенности тем фактом, что каждое действие имеет противодействие. Всерьез заняться данным вопросом решила Ванна Бонта, актриса, писательница и изобретательница.

Она создала 2suit. В этом костюме пара человек может, укрывшись, заняться производством деток. Его уже проверяли. В 2008 году 2suit испытали на VomitComet. Этот самолет, совершая крутые виражи, создает на минуты условия невесомости. Как полагает сама Бонта, ее изобретение делает возможным проведение в космосе медовых месяцев. Однако есть у костюма и более практичные возможности применения, например, сохранения тепла в условиях чрезвычайной ситуации.

Проект Longshot

Проект Longshot составила группа NASA и Военно-морской академии США в рамках сотрудничества в конце 80-х годов прошлого века. Итовой целью проекта являлся запуск на рубеже 21-го века беспилотного зонда, отправляющегося в Альфе Центавра. На достижение конечной цели ему потребовалась бы сотня лет. Но еще до запуска ему понадобится ряд ключевых компонентов, разработать которые еще предстоит.

Кроме долговечных реакторов для ядерного деления, коммуникационных лазеров, а также базирующегося на лазерном инерционном синтезе ракетного двигателя, были и иные элементы. Зонду следовало получить независимые функции и мышление, ведь практически нереальным оказалось бы поддержание связи на межзвездных расстояниях на скорости, достаточной для сохранения релевантности информации при достижении ею пункта приема. Всему следует быть и необыкновенно прочным. Ведь пункта назначения зонд достигнет лишь через сотню лет.

Отправлять к Альфе Центавра Longshot планировали с различными задачами. Преимущественно ему следовало собирать астрономические данные, позволяющие точно рассчитывать расстояния до миллиардов, а то и триллионов иных звезд. Если же иссякнет питающий аппарат ядерный реактор, то остановится вся миссия.

Longshot оказался довольно амбициозным планом, так и не сдвинувшимся с мертвой точки. Но это не означает гибели в зародыше данной идеи. Проект Longshot II в 2013 году сумел оторваться от земли, приняв форму студенческого проекта под названием Icarus Interstellar. С возникновения оригинальной программы Longshot протекли десятилетия крупных технологических достижений, применимых к свежей версии. В целом программа получила своеобразный капитальный ремонт. Пересмотрели топливные затраты, срок миссии сократили вдвое, с головы до пят пересмотрели весь дизайн Longshot.

Финальный проект будет любопытным показателем того, что вроде бы неразрешимая проблема изменяется при добавлении новой информации и появлении новых технологий. Физические законы остаются неизменными. Однако четверть века спустя Longshot обрел шанс на обретение второго дыхания. Он сможет продемонстрировать нам, каким следует быть путешествиям между звездами в скором будущем.