Читайте также

Космический самолёт: история многоразовых ракетно-космических систем

 Антон Первушин |  04.05.2024 |  3728

Все попытки создать космический корабль, который можно использовать несколько раз — и все жертвы этой блестящей идеи

Цели поколения

Экзоланета Проксима Центавра b в представлении художника. Путь до неё даже на скорости, близкой к световой, займёт больше четырёх лет / ESO / M. Kornmesser / [CC BY 4.0]

Впрочем, наличие непреодолимого предела скорости также послужило основой для разнообразных сюжетных ходов: в фантастике появилась концепция корабля поколений. Вероятно, первым до неё додумался советский писатель Вивиан Итин в небольшой повести «Открытие Риэля» (1927): в ней персонаж по имени Тароге отправляется в тридцатилетний межзвёздный полёт на корабле «Победитель пространства» с экипажем из 20 детей. Ведь если космические путешествия отнимают значительную часть жизни человека, то имеет смысл набирать в экипаж подростков, которые повзрослеют и станут самостоятельными, когда доберутся до цели.

Если же межзвёздные перелёты займут столетия и миссию смогут выполнить только внуки или правнуки космонавтов, то корабль необходимо превратить в миниатюрную копию родной планеты, где будет всё для поддержания полноценного существования. Такое соображение высказал канадский популяризатор ракетостроения Лоуренс Мэннинг в научно-фантастическом очерке «Живая галактика» (The Living Galaxy, 1934).

Благодаря «Звёздным войнам» гиперпространство стало общепринятым способом срезать путь в космической фантастике / «Звёздные войны: Эпизод 4 — Новая надежда», 1977, Lucasfilm Ltd.

Ещё более наглядно идею корабля поколений представил американец Дон Уилкокс в новелле «Путешествие, которое длилось 600 лет» (The Voyage That Lasted 600 Years, 1940): на звездолёте должно смениться 30 поколений, прежде чем он доберётся до отдалённой планеты Робинелло; один из членов экипажа, профессор Грегори Гримстоун, находится в анабиозе, но раз в 100 лет выходит из него, чтобы удостовериться, что миссия продолжается успешно. Во время своих кратковременных встреч с разными поколениями экипажа он обнаруживает, что космонавты, хотя у них есть превосходные библиотеки и фильмотеки, начинают забывать Землю, теряют представление о смысле полёта и впадают в варварство. Чтобы поддерживать дисциплину на борту, Гримстоуну приходится проявлять коварство и прибегать к насилию. Когда же корабль прибывает к цели, оказывается, что планета Робинелло заселена колонистами, добравшимися туда на более быстрых звездолётах.

Хотя в новелле Уилкокса были впервые использованы почти все сюжетные ходы, которые позднее превратились в клише фантастических произведений о кораблях поколений, она осталась незамеченной и сегодня вызывает лишь исторический интерес.

Одним из направлений научной фантастики идею корабля поколений сделал знаменитый фантаст Роберт Хайнлайн, выпустивший в 1941 году две связанные между собой повести: «Вселенная» (Universe) и «Здравый смысл» (Common Sense) — они известны у нас под общим названием «Пасынки Вселенной». В них Хайнлайн описывает звездолёт «Авангард», где из-за мятежа экипажа наступили времена варварства, а космонавты разделились на два враждующих лагеря и даже не подозревают, что находятся внутри космического корабля. Молодой учёный Хью Хойланд узнаёт о том, для чего нужен «Авангард», и стремится завершить его миссию, высадившись на одной из обитаемых планет.

Часть романа Марины и Сергея Дяченко «Луч» (2019) посвящена жизни людей на корабле поколений. Как сохранить в будущих поколениях стремление продолжать путь к далёкой цели?

В дальнейшем прозаики, обращаясь к теме корабля поколений, мало отклонялись от схемы Хайнлайна. Наиболее эксплуатируемой стала идея неминуемой деградации экипажа — по мнению фантастов, это должны будут учесть строители звездолётов. Необходимо разместить на борту обучающие системы, которые помогут одичавшим космонавтам вновь осознать смысл миссии. В качестве примера тут можно привести ставший классическим рассказ Клиффорда Саймака «Поколение, достигшее цели» (Target Generation, 1953) и роман Гарри Гаррисона «Пленённая Вселенная» (Captive Universe, 1969). Со временем писатели разглядели ещё одну опасность, подстерегающую экипаж на пути к звёздам: в космосе уже могут находиться разумные существа, намного превосходящие нас по своим возможностям, и они наверняка попытаются установить контакт с кораблём поколений. Например, в повести Сэмюэла Дилэни «Баллада о Бете-2» (The Ballad of Beta-2, 1965) некое сверхсущество становится родоначальником нового поколения космонавтов, способных жить в открытом космосе.

Современные фантасты больше не верят в то, что культурная деградация экипажей неизбежна, — информационные технологии помогут не только поддерживать высокий уровень культуры, но и обеспечат коммуникацию звездолёта с Землёй. Угрозу же могут представлять межличностные конфликты, нездоровая конкуренция и стремление к лидерству любой ценой. Скажем, в романе Аластера Рейнольдса «Город бездны» (Chasm City, 2001), где среди прочего описывается путешествие целой флотилии кораблей поколений, амбиции одного из капитанов, желающего дать преимущество своему звездолёту во время приближения к цели, оборачиваются гибелью пассажиров и войной между экипажами.

Таким образом, фантасты пришли к выводу, что если когда-нибудь длительные полёты будут технически возможны, то актуальность обретут социально-психологические проблемы.

Идеальный экипаж

Стэнфордский тор — концепция межзвёздной обитаемой космической станции / Don Davis, NASA

Сегодня, чтобы стать космонавтом, недостаточно иметь хорошее образование и отменное физическое здоровье — необходимо ещё пройти ряд тестов, доказав свою психологическую устойчивость. Такие испытания дают некоторую гарантию, что человек, отправляющийся в длительный полёт, сохранит рабочий настрой и адекватность в поведении. Например, будущих космонавтов помещают в изолированную сурдокамеру и наблюдают за их реакцией на различные световые или шумовые раздражители. Именно после такого эксперимента летом 1960 года специалисты обратили внимание на Юрия Гагарина: он оказался самым психологически устойчивым из 20 слушателей отряда космонавтов, что и определило его назначение на первый полёт.

Однако учёным трудно предсказать всё, что может произойти на космическом корабле, особенно если путешествие на нём займёт больше суток. Самый ранний психологический срыв во время работы на орбите был зафиксирован при полёте Валентины Терешковой на корабле «Восток-6» в июне 1963 года. Она очень тяжело переносила космический рейс и с какого-то момента просто перестала реагировать на происходящее: на вопросы о самочувствии отвечала уклончиво, не выполнила программу научных экспериментов, а под конец не сумела вручную сориентировать корабль. В результате этого полёта был сделан ошибочный вывод, что причиной срыва стали особенности женского организма, и на долгое время женщин отстранили от участия в пилотируемых космических миссиях.

Когда начались полёты на многоместных кораблях, проявилась проблема психологической совместимости членов экипажа. Поскольку нет полноценной теории, которая описывала бы все вероятные конфликты, учёным приходится опираться на наблюдения. Недостаток эмпирического метода заключается в том, что выводы, сделанные из экспериментов, можно применить к другим ситуациям лишь с оговорками. Кроме того, нужно помнить, что космонавты — активные люди с лидерскими качествами и большой мотивацией. Даже простейшие эксперименты показывают, что внутри группы лидеров возникает конкуренция, приводящая к росту враждебности и жестоким конфликтам.

Предполагаемый интерьер Стэнфордского тора

Первые полёты экипажей были кратковременными, а на кораблях и орбитальных станциях находились по два-три человека. Психологи заметили, что в таких условиях сохранению сплочённости экипажа способствуют два фактора: общая заинтересованность в результате и высокая рабочая загрузка. Но и тогда не всё было гладко: к примеру, во время полёта космонавтам Борису Волынову и Виталию Жолобову на станции «Салют-5» пришлось устранять последствия серьёзной аварии, и работа в экстремальных условиях на пределе возможностей привела к тому, что Жолобов испытал невыносимый стресс. После этого он замкнулся в себе и отказался участвовать в программе экспериментов — экспедиция была прервана и завершилась раньше намеченного срока.

Всё же, наблюдая за работниками полярных станций, психологи сделали вывод, что экипаж для дальнего полёта должен состоять как минимум из шести человек. Пятеро без особого труда способны обслуживать корабль, но система межличностных отношений в таком коллективе быстро оскудевает, а вот шестой член экипажа добавляет огромное количество вариантов — модель сразу усложняется на порядок! Такое искусственное усложнение необходимо, ведь когда полёт превращается в рутину, снижается мотивация его участников. Это приводит к уменьшению взаимного стимулирования, из-за чего растёт отчуждение между членами экипажа, которое влечёт за собой дальнейшее снижение мотивации — и так далее.

Психологи заметили ещё один интересный феномен. Когда люди оказываются в изолированном пространстве и вынуждены работать сообща, они довольно быстро начинают обмениваться личной информацией, вплоть до самых интимных подробностей. Такая откровенность всегда вызывает стресс, даже если человек его не чувствует. Поэтому психологи предлагают комплектовать экипажи задолго до полёта и требуют, чтобы будущие космонавты проводили больше времени вместе — тогда обмен личной информацией завершится ещё дома, и у притирки не будет тяжёлых последствий. Кроме того, рекомендуется устраивать членам экипажа регулярные опросы, где нужно дать оценку качеств друг друга, — это помогает выявить личные симпатии, способствующие сплочённости группы.

Кинофантастика показывает, как во время подготовки и непосредственного выполнения миссии люди настолько сближаются, что становятся почти одной семьёй / «Марсианин», 2015, 20th Century Studio, TSG Entertainment

Что касается корабля поколений, то в феврале 2019 года были опубликованы результаты исследования, проведённого международной группой под руководством Фредерика Мэрина из Астрономической обсерватории Страсбурга. С помощью довольно сложной компьютерной модели учёные вычислили, что экспедиция к ближайшим звёздам, которая продлится несколько тысяч лет, имеет шанс на успех, если в полёт отправится экипаж как минимум из 98 человек — в таком случае удастся сохранить генетическое разнообразие поколений.

Понятно, что взять с собой достаточное количество запасов провизии для такой большой команды невозможно, поэтому космонавты должны самостоятельно выращивать продукты питания. Группа Мэрина подсчитала, что если население корабля не превысит 500 человек, то для поддержания запасов хватит слоя искусственной почвы площадью 0,45 квадратного километра. Сам корабль будет выглядеть как огромное колесо, вращающееся вокруг центральной оси для создания искусственной силы тяжести. Чтобы разместить плантации на ободе колеса, его радиус должен составлять не менее 244 метров, а с учётом других сооружений — вдвое больше. В исследовании никак не затрагивались вопросы психологии, но Фредерик Мэрин высказал уверенность, что в полёт на таком корабле отправятся волевые люди, которые смогут довести его до цели.

Бегство Земли

В космосе есть планеты, находящиеся вне солнечных систем, — их называют планетами-сиротами. Возможно, такой будет и Земля, если удастся превратить её в гигантский корабль поколений / NASA / JPL-Caltech

Зачем может понадобиться корабль поколений? Учёные говорят, что только в одном случае — если жизни на Земле начнёт угрожать смертельная опасность. Благодаря исследованиям астрофизиков и космологов удалось более или менее достоверно представить грядущую эволюцию Солнца: его светимость будет постепенно увеличиваться до тех пор, пока через 7 миллиардов лет оно не превратится в красного гиганта, который расширится до орбиты Земли, поглотив нашу планету. Впрочем, жизнь на ней станет невозможна уже через миллиард лет: из-за роста температуры химический состав атмосферы начнёт постепенно меняться, а океаны испарятся. Причём этот прогноз считается оптимистичным, ведь ещё раньше могут произойти внезапные катастрофические события, которые негативно скажутся на нашей планете: падение большого астероида или кометы, прохождение Солнечной системы через космическую туманность, сближение Солнца с другими звёздами, из-за чего дестабилизируются планетные орбиты.

Конечно, можно смириться с тем, что конец света наступит, а Земля превратится в безжизненную пустыню. Однако многих беспокоит предопределённость гибели планеты и цивилизации. Разум противится перспективе вымирания, и появление космонавтики в ХХ веке дало надежду на иной вариант будущего — в котором начнутся освоение соседних планет и полёты к звёздам. Строительство корабля поколений выглядит грандиозным замыслом, но существуют и более масштабные проекты.

В упомянутом очерке Лоуренса Мэннинга «Живая галактика» высказана идея о том, чтобы использовать в качестве корабля поколений целую планету. Эта задумка кажется слишком фантастической, но поскольку она не противоречит законам природы, то теоретически может быть когда-нибудь реализована. Первым о практической возможности сдвинуть Землю с траектории её движения вокруг Солнца задумался профессор Георгий Покровский — специалист по физике взрыва и популяризатор науки, часто выступавший со смелыми проектами в советских массовых изданиях.

В сентябрьском номере журнала «Техника — молодёжи» за 1954 год учёный опубликовал большую иллюстрированную статью «Начало эры атомной энергетики», где обозрел перспективы внедрения ядерных технологий — от строительства промышленных электростанций до управления климатом. Кроме того, Покровский изложил свои соображения по «решению задачи бесконечного развития человечества». Он полагал, что когда-нибудь человечество соберётся осуществить межзвёздный перелёт, который, с учётом достижимых скоростей, займёт столетия или даже тысячелетия. Но в таком случае имеет ли смысл посылать в путешествие по Галактике один звездолёт с ограниченным экипажем? «Решение состоит в том, — писал профессор, — чтобы превратить всю нашу планету целиком в гигантский космический корабль, который будет двигаться не по орбите, а по пути, намеченному человеком».

Чтобы сдвинуть Землю с орбиты, потребуется мощность почти 7000 таких ракет / NASA

Чтобы Земля сошла с гелиоцентрической орбиты и развила скорость «убегания» из Солнечной системы, необходимо построить колоссальный реактивный двигатель с тягой в миллиарды тонн. Покровский предлагал разместить его на Южном полюсе, в искусственном кратере, созданном направленным взрывом термоядерного заряда. На дне кратера нужно воссоздать ледовый покров, который послужит «отражателем», а на склонах — возвести кольцевую камеру. Из неё продукты распада атомного горючего и вода, разложившаяся на водород и кислород, под воздействием взрывов поступят в кратер, создавая огромную струю — она и будет толкать земной шар прочь от Солнца.

Покровский понимал, что разогнать планету, скорее всего, окажется недостаточно: ей потребуется как-то управлять при полёте сквозь космос. Поэтому учёный сообщал, что вместо одного полярного двигателя рациональнее построить множество двигателей поменьше в полосе тропиков — их можно будет включать по очереди в зависимости от характера манёвра. Конечно, в этом случае возникают пока что неразрешимые проблемы. Например, как избежать потерь атмосферы при работе взрывных двигателей, которые станут затягивать окружающий воздух, выбрасывая его в пространство?..

Проект Покровского был слабо проработан и потому быстро забыт. Но сама идея блуждающей планеты продолжала волновать воображение: достаточно вспомнить роман «Бегство Земли» (Terre en fuite, 1960) французского учёного Франсуа Борда, публиковавшегося под псевдонимом Франсис Карсак. В книге описан глобальный проект, реализованный нашими потомками в V тысячелетии: стремясь спасти планету от взрыва сверхновой, в которую скоро превратится Солнце, они построили на полюсах так называемые космомагнетические двигатели. Эти двигатели работали от взаимодействия с некоей «первичной силой», пронизывающей Вселенную. Понятно, что такой вариант был чистой фантазией, оторванной от реальности.

В 1996 году американский инженер Роберт Зубрин, получивший известность благодаря плану быстрого освоения Марса, решил подсчитать, какие ресурсы потребуются для увеличения орбиты Земли на 5 % — этого должно хватить, чтобы предотвратить опасный для атмосферы и биосферы перегрев планеты. Оказалось, что необходимо увеличить скорость Земли на 1200 метров в секунду, приложив тягу в 227 миллиардов ньютонов. Если исходить из характеристик самой тяжёлой ракеты в истории (американской «Сатурн-5»), то для сдвига Земли их понадобится 6796 штук, причём работать они должны одновременно. Проблема в том, что эффективность двигателей таких ракет относительно низка, поэтому придётся за миллиард лет израсходовать треть массы нашей планеты, используя её в качестве рабочего тела. Другой вариант — применить ионные двигатели, работающие на лёгких металлах: тогда будет израсходовано всего лишь 2 % от массы Земли, но этим двигателям потребуется гигантская электрическая мощность — 13 600 тераватт, что примерно в 800 раз больше всей производимой сегодня энергии. Проводя свои расчёты, Зубрин осознавал, что работе планетарных двигателей будет мешать атмосфера, поэтому предложил разгонять не Землю, а Луну: поскольку оба тела связаны гравитацией, то теоретически можно двигать только одно, чтобы добиться смещения другого. Конечно, в этом случае понадобится большая доля рабочего тела и больше времени.

Свой вариант превращения Земли в корабль поколений предложил швейцарский астрофизик Мечислав Таубе. Согласно его замыслу, вдоль экватора следует построить 240 башен высотой 20 километров каждая, а на вершинах разместить термоядерные реактивные двигатели, работающие на дейтерии. Чтобы свести нашу планету с орбиты и сделать её новым спутником Юпитера, где она без вреда переживёт все катаклизмы, понадобится 8 % земной массы и миллиард лет. Затем, после того как Солнце минует стадию красного гиганта и начнёт остывать, планету придётся вернуть на более низкую гелиоцентрическую орбиту — туда, где сейчас находится Меркурий.

* * *

Все эти идеи и проекты завораживают своей смелостью. Но они могут стать реальностью только благодаря совокупным усилиям всего человечества. Возникает вопрос: сумеют ли земляне когда-нибудь достичь такого общественного согласия, при котором возьмутся за глобальные инициативы, рассчитанные на получение результата в очень далёком будущем? Или предпочтут вымереть вместе с остальными биологическими видами?..

Читайте также

Как космос может убить Землю. Астероиды, планеты-изгои, нейтронные звёзды и сверхновые

 Кирилл Размыслович |  30.06.2023 |  14919

Рассказываем про вполне научные ужасы, от которых даже Брюс Уиллис вас не спасёт.

Читайте также

Космические станции, орбитальные города: смелые проекты из прошлого и будущего

 Антон Первушин |  31.07.2021 |  11391

Одни считают, что надо строить полноценные колонии типа «Стэнфордского тора». Другие говорят, что станции только пожирают ресурсы, а нам нужно сразу осваивать Луну и лететь на Марс.