Сквозь горизонт: колонизация космоса и роботы
О покорении космоса человечество мечтало давно, а запуск первой ракеты с человеком на борту и высадка на Луне, казалось, сделали эту мечту реальностью. Однако прошло уже больше полувека, но человечество так и не смогло приступить к настоящей колонизации космоса.
О перспективах освоения космического пространства, существующих и перспективных технологиях рассуждает эксперт из МАИ, старший преподаватель кафедры 601 Иван Рудой.
Марс и Юпитер: конечная остановка?
Наверное, каждый из нас задавался вопросом: почему после полёта Гагарина и высадки Армстронга и его команды на Луне человечество не двинулось дальше — покорять бескрайние пространства космоса, как о том пророчили великие фантасты ХХ столетия?
С точки зрения учёного ответ на этот вопрос прост: нет таких технических возможностей.
Дело в том, что и «Восток-1», и «Аполлон-11» — это космические корабли на жидкостных реактивных двигателях. Принцип их действия таков: кислород смешивается с керосином и поджигается. За счёт очень быстрого горения (такие двигатели способны сжечь целую тонну топлива за одну секунду) получается большая тяга, которая и позволяет ракете преодолеть земное притяжение.
Однако у этих двигателей есть существенный недостаток: они очень неэкономичны. Нужно очень много топлива для полёта, и большая часть этого топлива сгорает за несколько часов, при преодолении земного притяжения. На оставшемся топливе ракеты с такими двигателями будут лететь до Венеры 4 месяца, 9 — до Марса, и им потребуется несколько лет, чтобы долететь до Юпитера. Но всё это будет «билет в один конец»: на возвращение обратно горючего не останется.
Вот и получается, что мать Земля не отпускает своих детей в далёкие космические путешествия.
Катапультируемся за пределы Солнечной системы
Но как же «Вояджеры», которые несколько лет назад вышли за пределы Солнечной системы?
Эти «малыши»-исследователи, меньше тонны весом, летят так далеко не за счёт двигателей, а за счёт силы инерции, которую им придали разгонные ракеты на тех же классических жидкостных реактивных двигателях. Фактически, их полёт в космосе можно сравнить с полётом камня, выпущенного из катапульты. Разница состоит лишь в том, что камень, уступив силе земного притяжения, обязательно когда-нибудь упадёт, а в космосе такой сильной гравитации нет, нет и воздуха, который своим сопротивлением снижал бы скорость полёта. Поэтому за 40 лет путешествия этим аппаратам и удалось выйти за пределы Солнечной системы. Запущенные реактивной «катапультой», эти маленькие исследовательские корабли будут лететь, если не упадут на какую-нибудь планету или не сгорят, пролетая поблизости от какой-нибудь звезды, вероятность чего, учитывая огромный размер космического пространства, стремится к нулю.
Запущенные один раз, они скорее всего будут лететь вечно, но куда они прилетят мы никогда не узнаем, поскольку связь с ними уже прервалась.
«Корабль поколений» и ядерный двигатель
Но что если создать такой же корабль, но с людьми, и такой же катапультой запустить в космическое пространство? Да, это будет «корабль поколений», полёт которого продлиться тысячелетия. Но проблема не только в этом.
— Один человек потребляет в сутки один килограмм кислорода. Помимо кислорода, для такого длительного путешествия нужно запастись огромным количеством еды, воды, медикаментов, одежды, оборудования. Если мы хотим, чтобы люди сохранили мышечный тонус, нужны тренажёрные залы, еду придётся выращивать здесь же, на корабле, потому что с собой не возьмёшь еды на такое длительное путешествие, поэтому на корабле должно быть налажено огромное производство пищи, выращивание растений, предусмотрены целые сады. Фактически, в космос потребуется отправить целый город. Для разгона такого огромного корабля у нас просто не существует таких мощных двигателей, — отметил эксперт.
Единственный вариант с «катапультой» — это собрать такой корабль на околоземной орбите, как конструктор по модулям, а затем мягко разогнать эту хрупкую конструкцию и вывести её из гравитационного поля Земли, а затем и Солнца.
Но тут встаёт другая проблема: если мы хотим, чтобы люди в таком длительном путешествии чувствовали себя комфортно: ходили по полу, а не летали в невесомости, как современные космонавты, необходимо, чтобы на корабле была гравитация, а, значит, работающие двигатели. Снова встаёт проблема создания более экономных и мощных силовых установок.
Здесь на помощь могут прийти ядерные двигатели. Эти двигатели обладают гораздо большим энергетическим потенциалом, чем жидкостные, однако они радиоактивны и их нельзя использовать массово. Взрыв в случае неудачного запуска одной такой ракеты обойдётся человечеству в условный «Чернобыль» в радиусе 100 км на 100 лет. Это слишком рискованное, а скорее даже одноразовое решение, которое можно применить лишь в случае угрозы существования человечества.
— Сам концепт космической инженерии — это инженерия для людей, как в принципе любая другая инженерия: нет смысла портить окружающую среду даже ради перспективного двигателя, — подчёркивает Иван Рудой.
Гипотезы на грани фантастики
Какие ещё карты остались в колоде ракетостроителей?
Ионный двигатель, разработанный ещё в прошлом веке, даёт в 5-6 раз большую скорость, чем жидкостный реактивный. При этом он намного более экономичный, но — маломощный. Никакой ракеты он не поднимет.
Варп-двигатель — это гипотетический двигатель, который сжимает и разжимает пространство вокруг корабля. В результате его работы корабль остаётся на месте, а двигается само пространство, причём достигая чудовищных скоростей, почти скорости света. При этом экипаж и пассажиры будут чувствовать себя на таком корабле комфортно, поскольку на борту нет ускорения. На таком корабле у людей было бы гораздо больше шансов достичь терраморфной планеты, но проблема состоит в том, что это пока целиком теоретический концепт.
Ещё один вариант, также пришедший к нам из научной фантастики, — это заморозка экипажа и пассажиров в специальных криокамерах. Сон большинства людей на борту большую часть полёта позволил бы сэкономить огромное количество ресурсов и, соответственно, значительно уменьшить размеры корабля и разгонные мощности. Но таких технологий заморозки и разморозки пока не существует.
Вирусная колонизация
До сих пор мы говорили о человеческой колонизации, но что если мы отправим вместо себя машины, оснащённые искусственным интеллектом?
Роботы могут иметь компактные размеры, и им для путешествия не нужна ни пища, ни кислород, ни вода.
— Если мы говорим про нечеловеческие полёты, то тут нам поможет искусственный интеллект. Есть такой концепт: построить робота с искусственным интеллектом, и отправить его в дальний космос. Первая задача такого робота — найти какой-то подходящий мир, где достаточно ресурсов для производства двух других таких же роботов. Робот анализирует окружающую среду планет, находит нужную, прилетает туда, там находит все необходимые ресурсы и производит двух других роботов с такими же задачами. Те, в свою очередь, разлетаются и ищут другие миры для того, чтобы опять произвести двух других роботов. Это похоже на то, каким образом в нашем мире распространяются вирусы, — отмечает эксперт.
В будущем, когда человек сможет достигать этих миров, он будет уже знать, куда лететь и что его там ждёт.
Главный вопрос
Теперь, рассмотрев разные существующие и гипотетические варианты, мы сможем по-новому сформулировать главный вопрос: почему мы не ищем способов колонизировать космос?
— Мне кажется, что ответ на этот вопрос лежит в области человеческой психологии: обычные люди живут сегодняшним днём, политики — максимум сегодняшним пятидесятилетием, и они опасаются принимать решения, последствия которых выходят за рамки их жизни. Люди больше заинтересованы вкладываться туда, где ты сам, а не твои дети и внуки, получат отдачу. У современных инженеров есть собственная философия на этот счёт: «Влезай в проект, который закончится раньше, чем твоя жизнь». В космонавтике же проекты очень длительные, на грани длительности человеческой жизни. А для покорения звёзд нужен труд нескольких поколений людей, — считает Иван Рудой.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России
