Альфа Центавра — цель полетов космических кораблей во многих произведениях, принадлежащих к жанру научной фантастики. Это ближайшая к нам звезда относится к небесному рисунку, воплощающему легендарного кентавра Хирона, согласно греческой мифологии, бывшего учителем Геракла и Ахилла.
Современные исследователи, как и писатели, неустанно возвращаются в мыслях к этой звездной системе, поскольку она не только первый кандидат на длительную космическую экспедицию, но и возможный обладатель населенной планеты.
Звездная система Альфа Центавра включает в себя три космических объекта: две звезды с аналогичным названием и обозначениями А и В, а также Для подобных звезд характерно близкое расположение двух компонентов и удаленное — третье. Проксима является как раз последним. Расстояние до Альфа Центавра со всеми ее элементами составляет примерно 4,3 Звезд, расположенных ближе к Земле, на данный момент нет. При этом быстрее всего лететь до Проксимы: нас разделяют всего 4,22 световых года.
Альфа Центавра А и В отличаются от компаньонки не только расстоянием до Земли. Они в отличие от Проксимы во многом похожи на Солнце. Альфа Центавра А или Ригель Кентаврус (в переводе означает «нога Кентавра») более яркий компонент пары. Толиман А, как еще называют эту звезду, — желтый карлик. С Земли его отлично видно, так как он обладает нулевой звездной величиной. Этот параметр делает ее четвертой в списке самых ярких точек ночного неба. Размер объекта практически также совпадает с солнечным.
Звезда Альфа Центавра В уступает нашему светилу по массе (примерно 0,9 от величин соответствующего параметра Солнца). Она относится к объектам первой звездной величины, а уровень ее светимости приблизительно в два раза меньше, чем у главной звезды нашего кусочка Галактики. Расстояние между двумя соседними компаньонами составляет 23 астрономические единицы, то есть они расположены в 23 раза дальше друг от друга, чем Земля от Солнца. Толиман А и Толиман В вместе вращаются вокруг одного центра масс с периодом в 80 лет.
Ученые, как уже говорилось, возлагают немалые надежды на обнаружение жизни в окрестностях звезды Альфа Центавра. Планеты, предположительно существующие здесь, могут походить на Землю аналогично тому, как сами компоненты системы напоминают наше светило. До недавнего времени, однако, подобных космических тел вблизи звезды обнаружено не было. Расстояние не позволяет непосредственно наблюдать планеты. Получение доказательств существования землеподобного объекта стало возможным только с усовершенствованием техники.
С помощью метода лучевых скоростей ученые смогли обнаружить совсем небольшие колебания Толимана В, возникающие под воздействием гравитационных сил планеты, вращающейся вокруг него. Таким образом, были получены доказательства существования, по крайней мере, одного подобного объекта в системе. Колебания, вызываемые планетой, проявляются в виде ее смещения на 51 см в секунду вперед и затем назад. В условиях Земли подобное движение пусть даже самого большого тела было бы очень заметно. Однако на расстоянии 4,3 световых лет обнаружение такого колебания кажется невозможным. Тем не менее, оно было зарегистрировано.
Найденная планета обращается вокруг Альфы Центавра В за 3,2 дня. Она расположена очень близко к звезде: радиус орбиты в десять раз меньше соответствующего параметра, характерного для Меркурия. Масса этого космического объекта близка к земной и составляет примерно 1,1 от массы Голубой планеты. На этом схожесть заканчивается: близкое расположение, по мнению ученых, позволяет предположить, что возникновение жизни на планете невозможно. Энергия светила, достигающая ее поверхности, слишком сильно нагревает ее.
Третья составляющая делающая знаменитым все созвездие, — Альфа Центавра С или Проксима Центавра. Название космического тела в переводе означает «ближайшая». Проксима стоит от своих компаньонов на расстоянии, равном 13 000 световых лет. Это объект одиннадцатой красный карлик, маленький (примерно в 7 раз меньше Солнца) и очень тусклый. Увидеть его невооруженным глазом невозможно. Для Проксимы характерно «беспокойное» состояние: звезда способна за несколько минуть изменить величину своего блеска в два раза. Причина такого «поведения» во внутренних процессах, протекающих в недрах карлика.
Проксима на протяжении долгого времени считалась третьим элементов системы Альфа Центавра, делающим оборот вокруг пары А и В примерно за 500 лет. Однако в последнее время набирает силу мнение, что красный карлик не имеет к ним отношения, и взаимодействие трех космических тел — временное явление.
Поводом для сомнений стали данные, гласившие, что сплоченная пара звезд не имеет достаточной притяжения, чтобы удерживать еще и Проксиму. Полученные в начале 90-х годов прошлого века сведения долго нуждались в дополнительных подтверждениях. Последние наблюдения и вычисления ученых однозначного ответа не дали. По предположениям, Проксима все-таки может быть частью тройной системы и двигаться вокруг общего гравитационного центра. При этом ее орбита должна походить на вытянутый овал, причем самая удаленная точка от центра — та, в которой звезду наблюдают сейчас.
Как бы то ни было, а именно к Проксиме планируется долететь в первую очередь, когда это станет возможным. Путешествие до Альфы Центавра при современном уровне развития космической техники может продлиться больше 1000 лет. Такой временной отрезок просто немыслим, потому ученые активно занимаются поисками вариантов его сокращения.
Группа исследователей NASA во главе с Гарольдом Уайтом разрабатывает проект «Скорость», результатом которого должен стать новый двигатель. Его особенность будет заключаться в возможности преодоления скорости света, благодаря чему полет от Земли до ближайшей звезды составит всего две недели. Подобное чудо техники станет настоящим шедевром сплоченной работы физиков-теоретиков и экспериментаторов. Пока, однако, корабль, преодолевающий скорость света, — дело будущего. По оценкам Марка Миллиса, некогда работавшего в NASA, подобные технологии, при условии существующей на данный момент скорости движения прогресса, станут реальностью не раньше чем через двести лет. Сокращение срока возможно, только если будет сделано открытие, способное кардинально изменить существующие представления о космических полетах.
Сейчас Проксима Центавра и ее компаньоны остаются амбициозной целью, недостижимой в ближайшем будущем. Техника, тем не менее, постоянно совершенствуется, и новые сведения о характеристиках звездной системы — тому наглядные доказательства. Уже сегодня ученые могут многое из того, о чем 40-50 лет назад и мечтать не приходилось.
"ЧЕРЕЗ СЕМЬ МИЛЛИОНОВ ЛЕТ"
Лектор Моисеев И.М.
ССО "Энергия" МВТУ им. Баумана
пос. Усть-Абакан
Уважаемые товарищи! Хочу сразу предупредить, что речь пойдет о спорных и довольно-таки отвлеченных вопросах. Многое из того, что мне хочется вам рассказать, не является насущной проблемой сегодняшнего дня. Однако, понимание задачи, о которой я буду говорить, и возможности её решения имеет серьезный мировоззренческий характер.
Нам придется оперировать очень большими, по нашим меркам, числами. Мне хочется, чтобы вы хорошо их осознали, напоминаю: миллион - это тысяча тысяч, миллиард - тысяча миллионов. Чтобы просто посчитать до тысячи понадобиться 3 часа. До миллиона - 125 суток. До миллиарда - 350 лет. Представили? Ну что же. Тогда можно начинать.
20 миллиардов лет назад возникла Вселенная.
Где-то 5-6 миллиардов лет назад вспыхнуло наше Солнце.
4 миллиарда лет назад остыл расплавленный шар, который сейчас называется планетой Земля. Примерно миллион лет назад появился Человек.
Всего несколько тысяч лет существуют государства.
Около ста лет назад было изобретено радио и, наконец, 27 лет назад началась космическая эра.
Это время. Теперь поговорим о пространственных масштабах.
Как известно, луч света проходит в секунду 300 тысяч км. Мы воспользуемся скоростью света для измерения расстояний. Для того, чтобы луч света прошел расстояние равное длине экватора, ему понадобится 1/7 секунды. Чтобы достичь Луны - немногим больше 1 секунды. Расстояние от Земли до Солнца свет проходит за 8 минут. До границы Солнечной системы лучу света придется добираться более 5 часов. А вот до ближайшей звезды - Проксимы Центавра - лучу света лететь более 4-х лет. 75 тысяч лет понадобится чтобы луч света достиг центра нашей Галактики. 40 миллиардов лет понадобится лучу света, чтобы пересечь нашу Вселенную.
Мы живем на планете Земля. Наша планета является очень малой частью Солнечной системы, в которую входит I звезда - Солнце, 9 больших планет, десятки спутников планет, миллионы комет и астероидов и множество других материальных тел, помельче. Наша солнечная система находится на периферии Галактики, громадной звездной системе, в которую входит 10 миллиардов звезд, подобных Солнцу. Таких галактик во Вселенной - тысячи
миллиардов. Это - мир, в котором мы живем. Теперь, когда мы это все представили, настало время поставить первую задачу.
Итак. Нам надо.добраться до ближайшей звездной системы - системы Альфа Центавра. В эту систему входит 3 звезды: Альфа Центавра А - звезда похожая на наше Солнце, Альфа Центавра В и Проксима Центавра - небольшие красные звезды. Весьма вероятно, что в эту систему входят и планеты. Расстояние до неё - 4,3 световых года. Если бы мы могли двигаться со скоростью света, нам бы понадобилось почти 9 лет для путешествия туда и обратно. Но мы не можем двигаться со скоростью света. В настоящее время в нашем распоряжении есть только химические ракеты, их максимальная достигнутая скорость 20 км/сек. С этой скоростью до Альфы Центавра надо лететь более 70 тысяч лет. В нашем распоряжении есть электроракетные и ядерно-тепловые двигатели. Однако, первые из-за малой тяги не могут разогнать до приличных скоростей свой собственный вес, а вторые, грубо говоря, всего вдвое лучше химических. Писатели-фантасты любят посылать своих героев к звездам на фотонных, или, более правильно, аннигиляционных ракетах. Аннигиляционыые двигатели теоретически могут разогнать ракету до скорости, очень близ ной к скорости света, всего за один год. Но для того, чтобы делать аннигиляционные двигательные установки, нужно большое количество антивещества, а как его получить - совершенно неизвестно. Кроме того, совершенно неясна конструкция такого двигателя. А нам нужен реальный двигатель. Такой, чтобы мы знали, как его сделать и могли бы начать работу по его созданию прямо сейчас. А то ведь, если мы будем ждать, пока найдут неизвестные сейчас принципы мы можем остаться у разбитого корыта. К счастью такой двигатель существует. Правда, пока только на бумаге, но если мы с вами захотим, то сможем создать его и в металле. Это импульсный термоядерный ракетный двигатель. Давайте познакомимся с ним поподробнее. В этом двигателе с большой частотой сгорают маленькие порции термоядерного горючего. При этом выделяется очень большая энергия, продукты реакции - элементарные частицы - разлетаются с большой скоростью и толкают ракету вперед. Остановимся на основных проблемах, связанных с созданием такого двигателя и на путях их решения.
Проблема номер один - проблема поджига. Надо поджечь, то есть инициировать термоядерную реакцию в маленькой, не более 10 миллиграмм весом, таблетке термоядерного топлива. Такая таблетка обычно называется мишенью. Для того, чтобы реакция шла достаточно интенсивно, температура мишени должна достигать сотен миллионов градусов. Причем, чтобы успела прореагировать большая часть мишени, этот нагрев надо осуществить за очень короткое время. /Если мы будем нагревать медленно, мишень успеет испариться, так и не сгорев./ Расчеты и эксперименты показывают, что в мишень надо вложить энергию в один миллион джоулей за время в одну миллиардную секунды. Мощность такого импульса равна мощности 200 тысяч Красноярских ГЭС. А вот потребляемая мощность будет уже не так велика - 100 тысяч киловатт, если мы будем взрывать 100 мишеней в секунду. Первый вариант решения проблемы поджига нашел известный советский физик Басов. Он предложил поджигать мишени лучом лазера, в котором действительно можно сконцентрировать требуемую мощность. В этой области ведутся интенсивные работы и в недалеком будущем будут пущены первые термоядерные электростанции, работающие на этом принципе. Существуют и другие варианты решения этой проблемы, но они пока мало исследованы.
Проблема номер два - проблема камеры сгорания. При сгорании наших мишеней будет образовываться большое число элементарных частиц, несущих большую энергию, и мощное электромагнитное излучение, причем все это разлетается во все стороны. А нам нужно направить как можно больше продуктов реакции в одну сторону - против движения нашей ракеты - только в этом случае ракета сможет набирать скорость. Эту проблему мы сможем решить только с помощью магнитного поля. Магнитное поле определенной силы может изменить траектории продуктов реакции и направить их в нужном направлении. Такое поле мы создать можем.
Проблема номер три - проблема радиаторов. Электромагнитное излучение не поддается управлению магнитным полем. Это излучение поглощается элементами конструкции двигателя и преобразуется в тепло, которое должно быть сброшено в космос. Сброс избыточного тепла обычно осуществляется с помощью радиаторов - больших тонких пластин, набранных из тепловых трубок - простых устройств, позволяющих передавать тепло на большие расстояния. Однако, для наших условий, масса такой системы оказывается непозволительно большой.
Выход нашелся и здесь. Предложено применять для сброса тепла потоки маленьких твердых частиц или капель жидкости, нагретых до высокой температуры. Такие устройства новы, но вполне осуществимы.
При проектировании нашего двигателя возникнет еще много проблем, но все они разрешимы, причем, что важно, разрешимы на современном уровне развития науки и техники.
Представим себе двигатель в целом. Основу его составляет камера сгорания - усеченный конус, размером в несколько десятков метров. На оси этого конуса 100 раз в секунду происходят термоядерные взрывы, силой в несколько тонн тротила каждый. Реактивная струя истекает из широкого основания конуса. Этот конус образован двумя кольцами соленоидов. Стенок нет. Внутри конуса сильное магнитное поле. На верхнем соленоиде установлена лазерная система под-жига, система подачи мишеней в камеру сгорания, система отбора электроэнергии, необходимая для питания лазерной установки. /Для этого отбирается часть энергии взрывов./ По боковым образующим конуса текут струи жидкости - это радиатор. Для обеспечения необходимой тяги нам понадобится установить на нашей ракете около 200 таких двигателей.
Двигательную установку мы сделали. Теперь поговорим о полезной нагрузке. Наш аппарат будет пилотируемым. Поэтому основной частью будет обитаемый отсек. Он может быть выполнен в форме гантели. "Гантель" будет иметь размеры в две-три сотни метров. Она будет вращаться вокруг своей поперечной оси для создания искусственной силы тяжести. Со всех сторон она будет окружена термоядерным топливом, которое защитит экипаж от космического излучения. Кроме обитаемого отсека в полезную нагрузку войдут система энергообеспечения, система связи, вспомогательные системы.
Как видите, в постройке межзвездного космического корабля нет ничего невозможного, просто много сложного. Все проблемы преодолимы. Сейчас я познакомлю вас с характеристиками корабля, полученными в результате предварительного проектирования.
|
Масса на старте |
млн тонн |
|
|
Масса двигателя |
тыс тонн |
|
|
Масса полезной нагрузки |
тыс тонн |
|
|
Максимальная скорость |
скорости света |
|
|
Время полета |
лет |
|
|
Экипаж |
1000 |
человек |
Такой корабль позволит нам долететь до системы Альфа Центавра.
Прошу обратить внимание - только долететь. Вернуться он не сможет. Легко посчитать, что при сохранении той же конструкции, для того, чтобы иметь возможность вернуться наш корабль на старте должен весить 8 миллиардов тонн. Это явно превышает наши возможности. Да и зачем возвращаться? Всю новую - и очень огромную, надо заметить - информацию мы можем передать по радио. А нам надо будет остаться в системе Альфа Центавра, высадиться на планеты и начать их освоение.
Как мы это будем делать? Есть ли такая возможность? Да, есть. Мы запускаем из Солнечной системы, скажем, сто кораблей. Сто тысяч добровольцев. Через 60 лет они, их дети и внуки прибудут в систему Альфы Центавра и выйдут на орбиту вокруг самой удобной для освоения планеты. После разведки, люди начнут переделку всей планеты, ведь вряд ли она окажется копией нашей Земли. Если она будет чересчур горячей, можно закрыть ее от звезды пылевым экраном. Если чересчур холодной - направить на нее дополнительную энергию с помощью больших и очень легких зеркал, можем мы сделать такие. Мы можем переделать и атмосферу. Например, как это предложил сделать Карл Саган /тот самый, который недавно послал письмо К.У.Черненко, в котором выражал свою обеспокоенность планами милитаризации космического пространства. Ответ Черненко публиковался тогда во всех газетах./ - он предложил забросить в атмосферу другой планеты специально подобранные микроорганизмы которые будут поглощать углекислый газ и выделять кислород. Мы, в принципе, можем так же создать искусственные механизмы, которые способны репродуцироваться /размножаться/ и быстро могут переделать атмосферу и поверхностный слой любой планеты. Все это не просто, но возможно. Когда мы мало-мальски освоимся в новой системе, мы можем сделать следующий шаг - запустить новую эскадру кораблей к новой звездной системе, с теми же целями.
И так далее. А вот теперь - самое главное. Кульминационный пункт. Действуя таким образом, мы за СЕМЬ МИЛЛИОНОВ ЛЕТ можем освоить всю нашу Галактику. Семь миллионов лет по масштабам Вселенной - ничтожно малый срок. И через семь миллионов лет, не больше, вся наша Галактика, эта огромная система с миллиардами планетных систем, станет большим домом Человечества. Ради такой цели стоит поработать. Конечно, проблем самого разного рода здесь, конечно, больше, чем решений. Но, повторяю, все их можно решить. И я не сомневаюсь - они будут разрешены.
Единственное, что может остановить Человечество на его звездном пути - ядерная война. Те же средства, которые позволяют Человечеству выйти к звездам, могут уничтожить его в самом начале пути. Конечно, мне не нужно вас агитировать за мир. Но я позволю себе напомнить вам, что сейчас активная борьба за мирное будущее Человечества - это единственное, что может спасти не только нашу жизнь, но и огромное будущее нашего Человечества.
0 👁 1 060
В какой-то момент жизни каждый из нас задавал этот вопрос: как долго лететь к ? Можно ли осуществить такой перелет за одну человеческую жизнь, могут ли такие полеты стать нормой повседневности? На этот сложный вопрос очень много ответов, в зависимости от того, кто спрашивает. Некоторые простые, другие сложнее. Чтобы найти исчерпывающий ответ, слишком многое нужно принять во внимание.
К сожалению, никаких реальных оценок, которые помогли бы найти такой ответ, не существует, и это расстраивает футурологов и энтузиастов межзвездных путешествий. Нравится нам это или нет, космос очень большой (и сложный), и наши технологии все еще ограничены. Но если мы когда-нибудь решимся покинуть «родное гнездышко», у нас будет несколько способов добраться до ближайшей звездной системы в нашей .
В будущем, если человечество желает покинуть Солнечную систему, у нас будет огромный выбор звезд, на которые мы могли бы поехать, и многие из них вполне могут располагать благоприятными для жизни условиями. Но куда мы отправимся и сколько времени у нас займет дорога туда? Не забывайте, что все это всего лишь домыслы, и нет никаких ориентиров для межзвездных путешествий в настоящее время. Ну, как говорил Гагарин, поехали!
Как уже отмечалось, ближайшая звезда к нашей Солнечной системе - это Проксима Центавра, и поэтому имеет большой смысл начать планирование межзвездной миссии именно с нее. Будучи частью тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксима находится в 4,24 световых лет (1,3 парсек) от Земли. Альфа Центавра - это, по сути, самая яркая звезда из трех в системе, часть тесной бинарной системы в 4,37 световых лет от Земли - тогда как Проксима Центавра (самая тусклая из трех) представляет собой изолированный красный карлик в 0,13 световых лет от двойной системы.
И хотя беседы о межзвездных путешествиях навевают мысли о всевозможных путешествиях «быстрее скорости света» (БСС), начиная от варп-скоростей и червоточины до подпространственных двигателей, такие теории либо в высшей степени вымышлены (вроде двигателя Алькубьерре), либо существуют лишь в научной фантастике. Любая миссия в глубокий космос растянется на поколения людей.
Итак, если начинать с одной из самых медленных форм космических путешествий, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Проксимы Центавра?
Вопрос оценки длительности перемещения в космосе куда проще, если в нем замешаны существующие технологии и тела в нашей Солнечной системе. К примеру, используя технологию, используемую миссией «Новых горизонтов», 16 двигателей на гидразиновом монотопливе, можно добраться до всего за 8 часов и 35 минут.
Есть также миссия SMART-1 Европейского космического агентства, которая двигалась к Луне с помощью ионной тяги. С этой революционной технологией, вариант которой использовал также космический зонд Dawn, чтобы достичь Весты, миссии SMART-1 потребовался год, месяц и две недели, чтобы добраться до Луны.
От быстрого ракетного космического аппарата до экономного ионного двигателя, у нас есть парочка вариантов передвижения по местному космосу - плюс можно использовать или как огромную гравитационную рогатку. Тем не менее, если мы планируем выбраться чуть подальше, нам придется наращивать мощь технологий и изучать новые возможности.
Когда мы говорим о возможных методах, мы говорим о тех, что вовлекают существующие технологии, или о тех, которых пока не существуют, но которые технически осуществимы. Некоторые из них, как вы увидите, проверены временем и подтверждены, а другие пока остаются под вопросом. Вкратце, они представляют возможный, но очень затратный по времени и финансам сценарий путешествия даже к ближайшей звезде.
Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства - пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.
SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.
Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.
Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.
Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.
На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 световых года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенность сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.
Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 световых года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.
Самый быстрый способ космических путешествий - это использование гравитационного маневра. Этот метод включает использование космическим аппаратом относительного движения (то есть орбиту) и гравитации планеты для изменения пути и скорости. Гравитационные маневры являются крайне полезной техникой космических полетов, особенно при использовании Земли или другой массивной планеты (вроде газового гиганта) для ускорения.
Космический аппарат Mariner 10 первым использовал этот метод, используя гравитационную тягу для разгона в сторону в феврале 1974 года. В 1980-х зонд «Вояджер-1» использовал Сатурн и Юпитер для гравитационных маневров и разгона до 60 000 км/ч с последующим выходом в межзвездное пространство.
Миссии Helios 2, которая началась в 1976 году и должна была исследовать межпланетную среду между 0,3 а. е. и 1 а. е. от Солнца, принадлежит рекорд самой высокой скорости, развитой с помощью гравитационного маневра. На тот момент Helios 1 (запущенному в 1974 году) и Helios 2 принадлежал рекорд самого близкого подхода к Солнцу. Helios 2 был запущен обычной ракетой и выведен на сильно вытянутую орбиту.
Из-за большого эксцентриситета (0,54) 190-дневной солнечной орбиты, в перигелии Helios 2 удалось достичь максимальной скорости свыше 240 000 км/ч. Эта орбитальная скорость была развита за счет только лишь гравитационного притяжения Солнца. Технически скорость перигелия Helios 2 не была результатом гравитационного маневра, а максимальной орбитальной скоростью, но аппарат все равно удерживает рекорд самого быстрого искусственного объекта.
Если бы «Вояджер-1» двигался в направлении красного карлика Проксимы Центавра с постоянной скорость в 60 000 км/ч, ему потребовалось бы 76 000 лет (или более 2500 поколений), чтобы преодолеть это расстояние. Но если бы зонд развил рекордную скорость Helios 2 - постоянную скорость в 240 000 км/ч - ему потребовалось бы 19 000 лет (или более 600 поколений), чтобы преодолеть 4,243 световых года. Существенно лучше, хотя и близко не практично.
Другой предложенный метод межзвездных путешествий - это радиочастотный двигатель с резонансной полостью, известный также как EM Drive. У предложенного еще в 2001 году Роджером Шойером, британским ученым, который создал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) для реализации проекта, двигателя в основе лежит идея того, что электромагнитные микроволновые полости позволяют напрямую преобразовывать электроэнергию в тягу.
Если традиционные электромагнитные двигатели предназначены для приведения в движение определенной массы (вроде ионизированных частиц), конкретно эта двигательная система не зависит от реакции массы и не испускает направленного излучения. Вообще, этот двигатель встретили с изрядной долей скепсиса во многом потому, что он нарушает закон сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным и его нельзя создать или уничтожить, а только изменить под действием силы.
Тем не менее последние эксперименты с этой технологией очевидно привели к положительным результатам. В июле 2014 года, на 50-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference в Кливленде, штат Огайо, ученые NASA, занимающиеся передовыми реактивными разработками, заявили, что успешно испытали новую конструкцию электромагнитного двигателя.
В апреле 2015 года ученые NASA Eagleworks (часть Космического центра им. Джонсона) заявили, что успешно испытали этот двигатель в вакууме, что может указывать на возможное применение в космосе. В июле того же года группа ученых из отделения космических систем Дрезденского технологического университета разработала собственную версию двигателя и наблюдала ощутимую тягу.
В 2010 году профессор Чжуан Янг из Северо-Западного политехнического университета в Сиань, Китай, начала публиковать серию статей о своих исследованиях технологии EM Drive. В 2012 году она сообщила о высокой входной мощности (2,5 кВт) и зафиксированной тяге в 720 мн. В 2014 году она также провела обширные испытания, включая замеры внутренней температуры со встроенными термопарами, которые показали, что система работает.
По расчетам на базе прототипа NASA (которому дали оценку мощности в 0,4 Н/киловатт), космический аппарат на электромагнитном двигателе может осуществить поездку к менее чем за 18 месяцев. Это в шесть раз меньше, чем потребовалось зонду «Новые горизонты», который двигался на скорости 58 000 км/ч.
Звучит впечатляюще. Но даже в таком случае корабль на электромагнитных двигателях будет лететь к Проксиме Центавра 13 000 лет. Близко, но все еще недостаточно. Кроме того, пока в этой технологии не будут расставлены все точки над ё, рано говорить о ее использовании.
Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет - использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.
Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.
По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.
Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.
И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН·c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.
Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.
«Большое видится на расстоянии» - эти крылатые слова приходят сегодня на ум в ироническом ключе. Открытие «землеподобной» планеты на орбите звезды Проксима Центавра в чем-то окрылило любителей космоса – а в чем-то, наоборот, приземлило.
С одной стороны, открытие, во многих смыслах, великое. Проксима Центавра (а также ее более яркая соседка Альфа Центавра) – любимые географические названия у читателей фантастики. Ведь как бы мы ни ценили астрономию с ее сугубо-научными интересами, обычного человека, неравнодушного к космосу, как правило, волнуют два совершенно конкретных вопроса.
Во-первых, есть ли жизнь на планете, ставшей предметом обсуждения – причем, жизнь не в виде bacteria , желательно - а в виде внеземной цивилизации? И, во-вторых, можем ли мы туда слетать и с этой цивилизацией познакомиться? Если нет – сразу все куда скучнее.
Планеты Солнечной системы для этого однозначно не годятся. «Марсианский» период фантастики был весьма плодовит – но все-таки, уже давно известно, что на Марсе очень холодно, бедно и никаких марсиан в помине нет. Только «к звездам».
Вот и вцепились в Проксиму и Альфу Центавру те фантасты и их читатели, кто не хотел совсем уж отрываться от реальности. Казалось, что есть хоть какая-то надежда преодолеть путь в четыре световых года – а для начала изобрести аппарат, со скоростью света летящий.
И вот, в кои-то веки, какая-то конкретика. Есть у ближайшей к нам звезды ближайшая к нам планета. И то, что параметры этой планеты и условия на ней в какой-то мере приближены к земным, способно у многих взволновать кровь. Шутка ли: 1,3 земной массы. Планетный год в 11 дней. Температура -40 °C – но это без атмосферы. А атмосфера возможна, и тогда гораздо теплее! И может быть вода – источник жизни.
«Как эта планета, если она действительно имеет какую-то обитаемость, может защититься от воздействия радиации, пока непонятно»
Правда, тут огорчений не намного меньше, чем радостей. Уже то предположение астрономов, что уровень радиоактивного и ультрафиолетового излучения на планете Проксима-б, которая к своей звезде в 20 раз ближе, чем Земля к Солнцу, превышает земной на два порядка, ставит жизненные перспективы там под огромный вопрос.
Заведующий лабораторией планетной астрономии Института космических исследований РАН Александр Тавров принадлежит к научному сообществу, для которого данное открытие как раз представляет огромный интерес и без всяких «отроков во Вселенной». С корреспондентом «МИР 24» ученый поделился надеждами. И скепсисом.
«Это действительно интересный результат, полученный мировым сообществом, - подчеркнул Тавров. - Эту планету искали достаточно давно, наблюдение велось чуть ли не в интернете онлайн. Но результат получен: найдена планета ближней к нам звезды, и найдена в том температурном диапазоне, где возможно существование воды в жидкой фазе».
Как напомнил эксперт, звезды, к которым относится Проксима Центавра, носят сказочное, но не особо почетное название «красных карликов», они гораздо тусклее Солнца. «Мы не знаем активности этих звезд, - заметил ученый, - хотя и предполагаем, что выбросы радиации, солнечного или звездного ветра, могут быть существенны. Все-таки, когда планета подходит к звезде так близко, там оказывается чего-то достаточно, а чего-то и слишком много».
«Слишком много», естественно, излучения. «Как эта планета, если она действительно имеет какую-то обитаемость, может защититься от воздействия радиации, пока непонятно», - признает специалист.
Единственным ученым, взявшимся публично оценить время вероятного полета, стал сотрудник Пермского университета Кирилл Циберкин, заявивший что «если разогнаться до 0,1 скорости света, то сможем долететь примерно за 40 лет
Ну, и кроме того, как раз в эти дни, возможно, становится окончательно ясным, что никуда мы «до звезд не долетим». В том смысле, который волнует благородных юношей - в виде научной экспедиции на встречу с братьями по разуму. Это абсолютно невозможно в нынешнем столетии и практически невероятно и в будущем.
Вопрос о защите от космического излучения как раз для космонавтов-то является наиболее критическим. И при обсуждении полетов на Марс он «душит прекрасные порывы». К слову, венцом марсианской фантастики можно назвать недавний фильм «Марсианин» - сказку наоборот, где случайно забытый на Марсе астронавт решает вопросы сугубо собственного выживания в отвратительном климате, пытаясь вырастить картошку в теплице.
Но на Марсе хотя бы это в принципе возможно. Увы, межзвездные расстояния даже картошку выводят из сферы реальности. Как напомнил Александр Тавров, современные ракетные двигатели не дают возможности долететь до звезд не только человеку, но даже аппаратуре.
«Классическая космонавтика не позволяет, конечно, это сделать в обозримое время, пока там научная аппаратура сохранит свою работоспособность, - отметил ученый. - Потому что она тоже, проходя через различные пояса радиации, выходит из строя. Ускорить космический аппарат, так чтобы он в обозримое время жизни аппаратуры туда долетел, мы пока не можем».
Достигать скорости света никто в реальности не предполагает. Пока, кажется, единственным ученым, взявшимся публично оценить время вероятного полета, стал сотрудник Пермского университета Кирилл Циберкин, заявивший ТАССу , что «если разогнаться до 0,1 скорости света, то сможем долететь примерно за 40 лет». О каких двигателях идет речь, он, правда, не сказал.
«Ускорение солнечного паруса в лазерном свете: такие проекты есть - сейчас они выглядят как научная фантастика, но чтобы не быть пессимистом - скорее да, чем нет»
«Недавно долетел до Плутона «Горизонт» - тоже достаточное достижение, - напомнил Тавров. - Время было рекордным: удалось найти такие гравитационные маневры, которые разогнали этот космический аппарат, и он долетел лет за семь. Хотя предыдущий «Вояджер», запущенный лет 40 назад, долетел туда лет за 20-30, а это еще не граница нашей Солнечной системы».
Единственной надеждой в данном вопросе могут сегодня считаться проекты космических кораблей со «звездным парусом» (он же «солнечный», он же «космический парус»). Речь идет действительно о своего рода парусах из тонких твердых материалов, в которые будет «дуть» солнечный ветер, а за пределами солнечной системы – лазерный луч с собственной корабельной установки.
«Ускорение солнечного паруса в лазерном свете: такие проекты есть - сейчас они выглядят как научная фантастика, но чтобы не быть пессимистом - скорее да, чем нет, - резюмировал Александр Тавров. - Сможет ли туда человек добраться - сложный вопрос. Но автомат до ближайшей звезды в принципе может долететь».
Однако и это – перспективы весьма далекого будущего. Что же касается давешних надежд прогрессивного человечества связаться с братьями по разуму посредством радиосигналов, - что уже совсем не так романтично – то и здесь обнадеживающего маловато.
«Прослушивание в радиодиапазонах и телевизионных сигналов со звезд мы давно на Земле проводим, уже лет 50, - рассказал Тавров. - Пока нет никаких простых и однозначных ответов, что да, «там кто-то смотрит телевизор». Мы сами видим, что телевизоры, которые раньше довольно хорошо излучали, сегодня перешли на «волокно». Мы прошли и тот пик, когда радиоволны использовались достаточно интенсивно, сейчас используются узконаправленные».
Наконец, у астрономов есть еще некоторые надежды, связанные, как ни странно, с телескопом. Ведь новую планету никто ни в какой телескоп не видел. Она открыта методом лучевых скоростей.
«Он основан на том, что звезда и планета вращаются вокруг общего центра масс, воображаемой точки. Маленькая масса планеты, которая находится рядом со звездой, смещает этот центр по мере своего вращения. И звезда то приближается к нам, то отдаляется, - рассказал Тавров. - Поэтому в спектре звезды можно заметить то красное, то синее смещение, в зависимости от того, идет она от нас или к нам. Это очень слабый сигнал, но этот метод работает благодаря тому, что планета находится ближе к звезде, чем Земля к Солнцу».
Так вот, у ученых есть принципиальная идея создать телескоп, который позволит все-таки увидеть на этой планете что-нибудь. Существует проект гравитационной линза, которая должна быть не оптической.
Речь идет о том, что само Солнце концентрирует свет и работает как гигантская линза в некоторых точках Солнечной системы, на очень дальних расстояниях, превосходящих расстояние от Земли до Солнца в десятки и сотни раз. Но если в такую точку долетит космический телескоп, что в принципе возможно – оттуда он и Проксиму Центавру, и Проксиму-б разглядит.
На что и остается надеяться.
Несмотря на значительные достижения в космической сфере, космос все еще остается по большей части загадкой для землян. В буквальном смысле оставив свой след на Луне, человек по-прежнему остается на недостижимом расстоянии от самых близких звезд, таких как Альфа Центавра. Впрочем, уже скоро ситуация может измениться.
Размеры Альфы Центавра и Солнца. Kaptsov Ruslan | Wikimedia Commons
Известный английский физик-теоретик Стивен Хокинг и российский миллиардер Юрий Мильнер 12 апреля для изучения потенциально обитаемой зоны системы Альфы Центавра.
Путь до ближайшей к Земле звезды составляет более чем 4,3 световых года, чтобы преодолеть его наноаппаратам, которые будут запущены в рамках проекта Breakthrough Starshot, потребуется порядка 20 лет. Впрочем, практическая реализация проекта едва ли начнется в ближайшие годы, поэтому пока остается лишь изучать теоретическую часть вопроса. Так, научное издание LiveScience представляет пять наиболее любопытных фактов об Альфе Центавра.
1. Альфа Центавра не является звездой
Согласно классификации НАСА, Альфа Центавра является не звездой, а звездной системой. Она состоит из трех звезд. Проксима Центавра расположена ближе всего к Земле, но при этом является самой тусклой из звездной троицы. Две остальные звезды Альфа Центавра А и В представляют собой двойную звезду, визуально гораздо более яркую. При этом они не расположены непосредственно вблизи друг от друга.
Для сравнения, Земля расположена на расстоянии около 150 миллионов километров от Солнца. Расстояние между Альфа Центавра А и В примерно в 23 раза больше этого значения и примерно сравнимо с расстоянием от Солнца до Урана.
2. Расстояние от Земли до Альфы Центавра огромно
Проксима Центавра находится на расстоянии 39 900 000 000 000 километров от Земли, что примерно равно 4,22 светового года. То есть, если бы человечество имело космические аппараты, способные двигаться со скоростью света, путешествие к ближайшей звезде заняло 4,22 года, а до Альфы Центавра А и В около 4,35 года.
3. В системе Альфы Центавра есть планета
В 2012 году ученые объявили об обнаружении в системе Альфы Центавра планеты, по размерам и массе сравнимой с Землей. Она вращается вокруг Альфы Центавра B.
Предполагается, что поверхность данной планеты, которая получила название Альфа Центавра Bb, покрыта расплавленной лавой, поскольку она расположена очень близко к самой звезде на расстоянии около 6 миллионов километров. Наличие этой планеты дает ученым надежду на то, что в системе Альфа Центавра может существовать и другая планета в так называемой «зоне обитания», с жидкой водой на поверхности и облаками в атмосфере.
4. Альфа Центавра яркая «старушка»
Альфа Центавра А является четвертой по яркости звездой в ночном небе. Она относится к разряду желтых звезд, как и Солнце, при этом превышает его по размерам примерно на 25 %. Альфа Центавра B является оранжевой звездой, немного меньше Солнца. Проксима Центавра, наоборот, в семь раз меньше Солнца и относится к разряду красного карлика.
Более того, все три звезды старше Солнца. Если возраст нашего светила составляет около 4,6 миллиарда лет, то звездам системы Альфа Центавра примерно 4,85 миллиарда лет.
5. Южному полушарию виднее
Альфу Центавра не видно на большей части территории северного полушария, а именно, тем, кто живет выше 29 градусов северной широты.
Зато наблюдатели в Южном полушарии могут разглядеть ее невооруженным глазом на ночном небе. Нужно лишь найти на небе созвездие Южный Крест, а затем перевести взгляд влево вдоль горизонтальной части креста, пока не покажется яркая мерцающая точка. Летом жители американских штатов Флорида и Техас, а также отдельных районов Мексики могут наблюдать Альфу Центавра прямо над горизонтом.
