Unistus reisida teise tähe juurde ja istutada inimkonna seeme kaugele planeedile… Pole liialdus öelda, et see on vaimustanud inimeste kujutluspilte sajandeid. Kaasaegse astronoomia ja kosmoseajastu sünniga on tehtud isegi teaduslikke ettepanekuid, kuidas seda teha. Kuid muidugi esitab relativistlikus universumis elamine palju väljakutseid, millele pole lihtsaid lahendusi.
Nendest väljakutsetest on üks suurimaid seotud energiahulgaga, mis on vajalik inimeste jõudmiseks teise tähe juurde nende endi elu jooksul. Seetõttu soovitavad mõned tähtedevahelise reisimise pooldajad saata kosmoselaevu, mis on sisuliselt miniatuursed maailmad, mis mahutavad reisijaid sajandeid või kauemgi. Need põlvkonna laevad (teise nimega maailmalaevad või Interstellar Arks) on kosmoseaparaadid, mis on ehitatud tõesti pikamaa.
Põlvkonna laeva loogika on lihtne: kui te ei saa piisavalt kiiresti reisida, et pääseda ühe tähe jooksul teise tähesüsteemi, ehitage laev, mis on piisavalt suur, et kanda kõike, mida võiksite pika reisi jaoks vaja minna. See eeldaks veendumist, et laeval on usaldusväärne tõukejõusüsteem, mis suudab kiirendamisel ja aeglustamisel tagada püsiva tõukejõu, ning vajalikud mugavused mitme inimpõlve jaoks.
Lisaks sellele peaks laev suutma tagada, et laevaperedel oleks toitu, vett ja hingavat õhku - piisavalt, et see püsiks sajandeid või isegi aastatuhandeid. Suure tõenäosusega tähendaks see laeva sees suletud süsteemiga mikrokliima loomist koos veeringluse, süsinikutsükli ja lämmastikutsükliga. See võimaldab toitu kasvatada ning vett ja õhku pidevalt ringlusse võtta.
Lähimate tähtede jõudmine
Meie päikesesüsteemi lähim täht on Proxima Centauri, M-tüüpi (punane kääbus) põhijärjestuse täht, mis asub umbes 4,24 valgusaasta kaugusel. See täht on osa kolmetähelisest süsteemist, mis hõlmab Alpha Centauri süsteemi, binaari, mis koosneb põhijärjestusest Päikesesarnane täht (G-tüüpi kollane kääbus) ja põhijada K-tüüpi (oranž kääbus) täht.
Lisaks sellele, et Proxima Centauri on meie enda jaoks kõige lähedasem tähesüsteem, on see ka Maale kõige lähemal asuva eksoplaneedi - Proxima b - kodu. See maapealne (teise nimega kivine) planeet - mille avastusest teatas 2016. aastal Euroopa lõunavaatluskeskus (ESO) - on umbes sama suur kui Maa (1,3 maakera massi) ja tiirleb ümber oma tähe ümberringi asuvas tsoonis.
Järgmine lähim eksoplaneet, mis tiirleb tähe HZ piires, on Ross 128 b, Maa suurune eksoplaneet, mis tiirleb umbes 11 valgusaasta kaugusel punast kääbustähte. Järgmine lähim Päikese moodi täht on Tau Ceti, mis asub veidi vähem kui 12 valgusaasta kaugusel ja millel on üks potentsiaalselt asustatav kandidaat (Tau Ceti e). Tegelikult on Maast 50 valgusaasta jooksul 16 eksoplaneeti, mis võiksid elu toetada.
Kuid nagu me eelmises artiklis uurisime, võtab isegi lähima tähe juurde reisimine väga kaua aega ja nõuab tohutult energiat. Tavaliste jõuseadmete kasutamisega võib sinna jõudmiseks kuluda 19 000–81 000 aastat. Kasutades katsetatud, kuid veel ehitamata meetodeid (näiteks tuumaraketid), lüheneb sõiduaeg umbes 1000 aastani.
Välja on pakutud meetodid, mis on võimelised jõudma lähimate tähtedeni ühe elu jooksul, näiteks suunatud energia tõukejõud - näiteks Breakthrough Starshot. Selle kontseptsiooni jaoks võiks kerge purje ja grammi mõõtkavas kosmoselaeva kiirendada valguse kiiruseni 20% (0,2 c), tehes teekonna Alpha Centaurisse kõigest 20 aastaga. Starshot ja sarnased ettepanekud on aga kõik lahti keeratud kontseptsioonid.
Lisaks sellele on ainsad võimalikud meetodid inimeste saatmiseks teise tähesüsteemi kas tehniliselt teostatavad (kuid välja töötamata) või täielikult teoreetilised (näiteks Alcubierre'i lõimeajam). Seda silmas pidades on paljud teadlased koostanud ettepanekuid, mis loobuksid kiirusest ja keskenduksid pika reisi ajal meeskondade majutamisele.
Näited ilukirjandusest
Varaseim registreeritud näide näib olevat inseneri ja ulmekirjaniku John Munro oma romaanis tehtud Reis Veenusesse (1897). Selles mainib ta, kuidas inimkonnast võib ühel päeval saada tähtedevaheline liik:
Kui eluks vajalikke asju mahutada, võib daamide ja härrade valitud partei algada Linnuteele ning kui kõik õigesti läheks, saabuksid nende järeltulijad sinna mõne miljoni aasta jooksul. ”
Mõistet käsitleti üksikasjalikumalt 1933. aasta ulmeromaanis Kui maailm põrkub, mille autoriteks olid Philip Wylie ja Edwin Balmer. Selles loos hävitavad Maa Päikesesüsteemi läbivad petturlikud planeedid. See sunnib astronoomide rühma looma uuele planeedile massiivse laeva, mis viib 50-liikmelise meeskonna koos kariloomade ja varustusega.
Robert A. Heinlein uuris põlvkonna laeva füüsilisi, psühholoogilisi ja sotsiaalseid mõjusid ka ühes oma varasemas romaanis, Taeva orvud. Algselt avaldati lugu kahe eraldi romaanina 1941. aastal, kuid see ilmus ühe romaanina uuesti 1963. aastal. Selle loo laev on tuntud kui Esirinnas, põlvkonna laev, mis pärast mässu on kosmoses püsivalt vedanud, mille tagajärjel hukkusid kõik piloodiohvitserid.
Põlvkondi hiljem on järeltulijad unustanud laeva eesmärgi ja olemuse ning usuvad, et see on kogu nende Universum. Suurem osa meeskonnast elab endiselt silindris, kuid eraldi rühm "mutreid" (mis vahelduvalt tähendab, et nad on mutandid või mutineerijad) elab ülemistes tekkides, kus gravitatsioon on madalam ja kokkupuude kiirgusega on põhjustanud füüsilisi muutusi.
Arthur C. Clarke’s Ramaga koosolemine (1973) on vaieldamatult kõige põnevam näide ulmekirjanduses. Erinevalt kontseptsiooni teistest ilukirjanduslikest käsitlustest oli selle loo laev maapealse päritoluga! Rama nime all tuntud massiline kosmosesilindr on iseseisev maailm, mis kannab “ramaane” galaktika ühest servast teise.
Lugu avaneb, kui meeskond Maalt saadetakse laevaga kohtuma ja interjööri uurima. Seest leiavad nad linnadena paigutatud konstruktsioone, transpordi infrastruktuuri, keskpunkti ulatuvat merd ja akendena toimivaid horisontaalseid kraave. Laeva päikesele lähemale jõudes tungib valgus sisse ja masinad hakkavad elule jõudma.
Inimeste astronaudid jõuavad lõpuks järeldusele, et hooned on tegelikult tehased ja laeva meri on keemiline supp, mida kasutatakse sihtpunkti jõudmiseks Ramanade loomisel. Lõppkokkuvõttes on meie päikesesüsteem siiski vaid vahemaandumine nende teekonnal ja just nii külvavad ramaanid galaktikat oma liikidega.
Alastairis Reynold Chasm City (2001) - mis on osa tema teosest Ilmutusruum seeria - suur osa loost leiab aset suurte, tähtedevaheliste kosmoselaevade pardal. Need laevad reisivad 61 Cygni, kahest K-tüüpi oranžist kääbust koosneva binaarse tähesüsteemi juurde, et koloniseerida maailm, mida kogu sarjas tuntakse Sky's Edge nime all.
Neid laevu kirjeldatakse silindrilistena ja relativistlikel kiirustel liikumiseks on ette nähtud antimaterjali tõukejõudu. Lisaks krüogeenselt külmutatud reisijate komplimendile peavad need laevad meeskonda ärkveloleku tingimustes ning neil on kõik meelelahutuseks vajalikud vahendid ja seadmed. Nende hulka kuuluvad isiklikud ruumid, jama saalid, meditsiinilised lahed ja puhkekeskused.
2002. aastal andis kuulus ulmekirjanik Ursula K. LeGuin välja oma põlvkondadevahelise kosmosereisi mõju, mis kannab pealkirja Paradiisid kadunud. Selle loo seade on Avastus, laev, mis on põlvkondade vältel liikunud läbi kosmose. Kui Maad mäletavad inimesed hakkavad surema, hakkavad nooremad põlvkonnad tundma, et laev on nende jaoks käegakatsutavam kui kas vana kodumaa või päriliku maa pärimus.
Lõpuks ilmneb uus usk, mida nimetatakse õndsuseks ja mis õpetab, et Avastus („Kosmoselaeva taevas” usklikele) on tegelikult seotud igaviku, mitte teise planeediga. Seda usku on tauninud vanem põlvkond, kes kardab, et nende lapsed ei taha kunagi laevalt lahkuda. See lugu kohandati ooperiks ka 2012. aastal.
2011. aasta romaan Leviathan ärkab autor James S. A. Corey (ja sellele järgnevad osamaksed Laiendada seeria) põlvkonna laev nimega “Nauvoo”. Selle laeva ehitab rühm mormoone, et nad saaksid sõita teise tähesüsteemi ja seal koloniseerida. Nauvoo on kirjeldatud kui massiivne, silindrikujuline ja pöörleb, et tekitada oma meeskonnale kunstlik gravitatsioon.
Kim Stanley Robini filmis Aurora (2015), toimub suurem osa loost samanimelise nimega tähtedevahelise tähelaeva pardal. Robinson kirjeldab laeva, mis kasutab gravitatsiooni simuleerimiseks kahte pöörlevat torii, samal ajal kui inimesed elavad rea Maa analoogkeskkonnas. Nende lõppsihtkoht on Tau Ceti, Päikesesarnane täht, mis asub Maast 12 valgusaasta kaugusel, kus nad kavatsevad koloniseerida eksooni, mis tiirleb Tau Ceti e-st.
Laeva kirjeldatakse kui Orioni klassi laeva, mis kasutab tõukejõu genereerimiseks termotuumaseadmete kontrollitud plahvatust koos elektromagnetilise massiiviga, mida kasutatakse selle päikesesüsteemist käivitamiseks. Robinsoni allkirjastiilis pööratakse märkimisväärset tähelepanu ka sellele, kuidas kolonistid hoiavad oma laeva pardal hoolikat tasakaalu ja mitme põlvkonna reisimise psühholoogilisi mõjusid.
Ettepanekud
Alates 20. sajandi algusest on teadlased ja insenerid teinud mitu ettepanekut. Paljud neist ettepanekutest esitati õpingute vormis, teised aga ulmeromaanides. Varaseim teadaolev näide oli raketi pioneer Robert H. Goddardi (kelle jaoks on nimetatud NASA Goddardi kosmoselennukeskus) 1918. aasta essee „Ülim ränne“.
Meeskond veedaks sajanditepikkuse teekonna peatatud animatsioonis, pilooti ärgates teatud intervallidega, et teha kursi korrektsioone ja hooldust. Nagu ta kirjutas:
„Pilooti tuleks ärgata või animeerida teatud intervallidega, näiteks lähimate tähtede läbimiseks 10 000 aasta tagant ja suurte vahemaade korral või muude tähesüsteemide jaoks 1 000 000 aastat. Selle saavutamiseks tuleks kasutada kiirgusaine kaalumuutuse (mitte liiga kiirete elektrilaengute asemel toimiva) kella kasutamist ... See ärkamine oleks muidugi vajalik aparaadi juhtimiseks, kui see ei lähe oma kursile. ”
Samuti arvas ta, et aatomienergiat saab kasutada jõuallikana; kuid kui seda ei tehta, siis piisab vesiniku ja hapniku, aga ka päikeseenergia kombinatsioonist. Oma arvutuste põhjal hindas Goddard, et sellest piisab laeva kiiruse 4,8–16 km / s (3–10 mi / s) saavutamiseks, mis töötab kiirusel 17 280 km / h kuni 57 600 km / h (10 737). kuni 36 000 mph) või 0,000016% kuni 0,00005% valguse kiirusest.
Ka astronautiateooria isa Konstantin E. Tsiolkovsky käsitles oma essees “Maa ja inimkonna tulevik” (1928) mitme põlvkonna kosmoselaeva ideed. Tsiolkovsky kirjeldas kosmosekolooniat („Noa arka”), mis oleks isemajandav ja kus meeskondi hoiti ärkvel, kuni nad jõudsid sihtkohta tuhandeid aastaid hiljem.
Veel üks põlvkonna laeva varajane kirjeldus on 1929. aasta essees „Maailm, liha ja kurat”, mille on koostanud J. D. Bernal („Bernaalse sfääri leiutaja”). Selles mõjukas essees kirjutas Bernal inimese evolutsioonist ja selle tulevikust kosmoses, hõlmates laevu, mida me täna kirjeldaksime kui "põlvkonna laevu".
1946. aastal pakkus Poola-Ameerika matemaatik Stanislaw Ulam välja uue idee, mida tuntakse tuumaimpulsside tõukejõuna. Manhattani projekti ühe kaastöötajana nägi Ulam ette, kuidas tuumaseadmeid kosmoseuuringute huvides uuesti kasutusele võetaks. 1955. aastal käivitas NASA projekti Orion eesmärgiga uurida NNP-d kui vahendit süvakosmosereiside läbiviimiseks.
Seda projekti (mis ametlikult kestis aastail 1958–1963) juhtisid Ted Taylor atomaatide üldosakonnas ja füüsik Freeman Dyson New Jersey osariigis Princetonis asuvas kõrgtehnoloogia instituudis. Sellest loobuti pärast seda, kui piiratud katsekeelu leping (allkirjastatud 1963. aastal) kehtestas Maa orbiidil tuumakatsetuste alalise keelu.
Aastal 1964 pakkus dr Robert Enzmann välja kõige täpsema põlvkonna laeva kontseptsiooni, mida edaspidi tuntakse Enzmanni Starshipi nime all. Tema ettepanekus kutsuti üles laevale, mis kasutaks termotuumareaktsioonide tekitamiseks deuteeriumkütust, et saavutada väike protsent valguse kiirusest. Laeva pikkus oleks 600 meetrit (2000 jalga) ja see mahutaks algselt 200 meeskonda (koos laienemisruumiga).
1970. aastatel viis Briti planeetidevaheline selts läbi tähtedevahelise reisimise teostatavusuuringu, mida tuntakse projekti Daedalus nime all. See uuring nõudis kaheastmelise termotuumasünteesi abil töötava kosmoselaeva loomist, mis võimaldaks ühe reisi jooksul teha reisi Barnard's Stari (Maast 5,9 valgusaastat). Kui see idee oli mõeldud keeramata kosmoseaparaadi jaoks, siis teadusuuringud andsid teavet tulevaste ideede kohta meeskonnaga missioonide jaoks.
Näiteks on rahvusvaheline organisatsioon Icarus Interstellar üritanud seda kontseptsiooni projekti Icarus kujul taaselustada. 2009. aastal asutatud Icaruse vabatahtlikud teadlased (kellest paljud on töötanud NASA ja ESA heaks) loodavad termotuumasünteesi ja muude täiustatud tõukejõu meetodite abil 21. sajandil reaalsuseks saada.
Samuti on läbi viidud uuringud, kus peetakse antimaterjali käitusvahendiks. See meetod hõlmaks vesiniku ja anti vesiniku aatomite kokkupõrget reaktsioonikambris, mis pakub eeliseid uskumatu energiatiheduse ja väikese massi korral. Sel põhjusel, NASA Täiustatud kontseptsioonide instituut (NIAC) uurib seda tehnoloogiat kui võimalust pikaajalisteks missioonideks.
Aastatel 2017 kuni 2019 viis Dr Frederic Marin Strasbourgi astronoomilisest vaatluskeskusest läbi rea väga üksikasjalikke uuringuid põlvkonna laeva vajalike parameetrite kohta - sealhulgas meeskonna miinimumsuurus, geneetiline mitmekesisus ja laeva suurus. Kõigil juhtudel tugines ta koos kolleegidega uut tüüpi numbrilisele tarkvarale (HERITAGE), mille nad ise lõid.
Kahe esimese uuringu käigus viisid dr Marin ja tema kolleegid läbi simulatsioonid, mis näitasid, et vähemalt 98 (maksimaalselt 500) meeskonda tuleb ellujäämise tagamiseks (kuid mitte ülerahvastatuse vältimiseks) ühendada sperma, munade ja embrüote krüogeenne pank. ), samuti geneetiline mitmekesisus ja hea tervis saabumisel.
Kolmandas uuringus leidsid dr Marin ja teine teadlaste meeskond, et põlvkonna laeval oleks vaja mõõta 320 meetrit (1050 jalga), raadiusega 224 meetrit (735 jalga) ja sellel peaks olema vähemalt 450 m² (~ 4850 jalga²). ) tehismaast põllumajanduse huvides. See maa tagaks ka laeva vee ja õhu ringlussevõtu mikrokliima osana.
Eelised
Põlvkonna laeva peamine eelis on asjaolu, et seda saab ehitada tõestatud tehnoloogia abil ega pea ootama märkimisväärseid tehnoloogia arenguid. Samuti on kontseptsiooni keskne eesmärk loobuda kiiruse ja raketikütuse massist, tagamaks, et inimmeeskond suudab lõpuks teise tähesüsteemi koloniseerida.
Nagu me eelmises artiklis uurisime, täidaks põlvkonna laev ka kosmoseuuringute kahte peamist eesmärki, milleks on inimkoloonia säilitamine kosmoses ja võimaldamine reisida potentsiaalselt asustatavale eksoplaneedile. Lisaks suurendaks sadadesse või tuhandetesse ulatuv meeskond võimalusi teise planeedi edukaks koloniseerimiseks.
Viimaseks, kuid mitte vähem oluliseks, põlvkonna laeva avar keskkond võimaldaks kasutada mitmeid meetodeid. Näiteks võiks osa meeskonnast hoida ärkveloleku tingimustes kogu reisi vältel, samas kui osa võiks hoida krüogeenses suspensioonis. Inimesi võiks ka elustada ja vahetustega peatamise juurde naasta, minimeerides nii pikaajalise reisi psühholoogilisi mõjusid.
Kahjuks just seal lõppevad eelised ja algavad probleemid / väljakutsed.
Puudused
Põlvkonna laeva ilmselgeim puudus on selliste suurte kosmoselaevade ehitamise ja hooldamise suured kulud, mis oleks liiga suured. Samuti on oht, et inimmeeskondi saadetakse nii pikaks ajaks sügavasse kosmosesse. Reisil, mis võtab aastasadu või aastatuhandeid, on selge võimalus, et meeskond alistub eraldatuse ja igavuse tunnetele ning lülitab üksteise sisse.
Siis on veel füsioloogilised probleemid, mis võivad hõlmata mitme põlvkonna teekonda läbi kosmose. On hästi teada, et kiirguskeskkond sügavas kosmoses on oluliselt erinev keskkonnast Maal või madala Maa orbiidil (LEO). Isegi kiirgusvarjestuse korral võib kosmiliste kiirte pikaajaline kokkupuude meeskonna tervist tõsiselt mõjutada.
Ehkki krüogeenne suspensioon võiks aidata mõnda neist probleemidest leevendada, ei ole krüogeensuse pikaajaline mõju inimese füsioloogiale veel teada. See tähendab, et enne sellist missiooni võiks kunagi proovida, on vaja põhjalikke katseid. See lisab ainult selle mõistega kaasnevaid üldisi moraalseid ja eetilisi kaalutlusi.
Viimaseks on võimalus, et hilisem tehnoloogiline areng viib vahepeal kiiremate ja täiustatud tähelaevade väljaarendamiseni. Need laevad, mis lahkuvad Maalt pärast palju hiljem, võiksid põlvkonna laeva ületada enne, kui see kunagi sihtkohta jõudis - muutes kogu reisi mõttetuks.
Järeldused
Arvestades põlvkonna laeva ehitamise tohutuid kulusid, sellise pika teekonnaga seotud riske, sellega seotud tundmatute arvu ja võimalust, et tehnoloogia arendamine muudab selle mõttetuks, tuleb esitada küsimus: kas see on seda väärt see? Kahjuks, nagu nii paljude põlvkondade kosmosereisidega seotud küsimuste osas, pole selget vastust.
Lõpuks, kui ressursid on olemas ja kui tahe seda teha, on inimestel lõpuks selline missioon proovida. Edukust ei saa garanteerida ja isegi kui meeskond suunab selle edukalt teisele tähesüsteemile ja koloniseerib kauge planeedi, saabub aastatuhandeid enne, kui keegi Maal nende järeltulijatest kuuleb.
Sellistes olukordades oleks mõistlikum oodata vaid edasisi tehnoloogilisi arenguid ja proovida hiljem tähtedevaheliseks minna. Kuid mitte kõik ei pruugi olla nii valmis ootama ja ajalugu kipub meeles pidama neid, kes trotsivad võimalusi ja võtavad riske. Ja nagu ettevõtmised nagu Mars One on meile näidanud, pole puudust inimestest, kes oleksid valmis oma eluga riskima kauge maailma koloniseerimise huvides!
Oleme siin ajakirjas Space Magazine kirjutanud palju artikleid põlvkonna laevade teemal. Siit leiate, milline on minimaalne inimeste arv, mida peaksite saatma Proxima Centaurisse põlvkonnalaevadel? ja kui suur oleks vaja ühe põlvkonna laeva, kui 500-liikmelist meeskonda teise reisi jaoks elusana hoida? Kõige tõhusam viis kogu linnutee, tähe-tähe ning tähtedevahelise reisimise mitmesuguste meetodite plusside ja miinuste uurimiseks .
Allikad:
- Vikipeedia - põlvkonna laev
- Vikipeedia - tähtedevaheline kaar
- Kummalised teed - tähtedevaheline kaar
- SFF - teemad: põlvkonna laevad
- Mashable - tähtedevaheline unistus on suremas
- Centauri unistused - maailmaruumid: intervjuu Greg Matloffiga
- Icarus Interstellar - projekti hüperioon: õõnes asteroidi tähelaev - idee levitamine
- PÄRASTIK: Monte Carlo kood tähtedevaheliste rännakute elujõulisuse hindamiseks, kasutades mitme põlvkonna meeskonda Marin, Frederic. JBIS, vol. 70, ei. 5–6, 2017
- Minimaalse meeskonna arvutamine mitme põlvkonna kosmosesõiduks Proxima Centauri b, Marin, F., Beluffi, C. 71, nr. 2, 2018
- Numbrilised piirangud põlvkonna laevade suurusele seoses kogu energiakuluga pardal, iga-aastase toidutootmise ja kosmosekasvatuse tehnikatega, Marin (jt). 10, 2018
