Чарльз Стросс: Недостижимый звёздный рубеж

Автор: Чарльз Стросс

Опубликовано 12 апреля 2010 года

Я зарабатываю на жизнь научной фантастикой. Возможно, именно поэтому люди думают, что я должен быть ярым поборником исследования и освоения космоса. Исследование космоса? Да, признаю, грешен - я обеими руками за науку и прогресс. Но освоение космоса - это совсем другое дело, так что особо чувствительным (или излишне оптимистично настроенным) людям, возможно, не стоит читать эту статью.

Примем за данность, что идея космической колонизации вам знакома - города под куполами на Марсе, цилиндрические орбитальные поселения в стиле Дж. Д. Бернала или Джерарда О'Нила и всё в таком духе. Корабли поколений, которые сотни лет несут колонистов к другим звёздным системам, где, как теперь выясняется, хватает планет для исследования.

Мне не хотелось бы тратить время на рассуждения о негласной идеологической подоплёке желания человека колонизировать космос. Достаточно заметить, что она есть и что необходимость колонизации космоса, как правило, обосновывают не столько экономическими, сколько псевдорелигиозными причинами. "Нельзя ставить всё на одну карту" - это не столько довод, сколько попытка давить на жалость. В случае гипотетической катастрофы, которая уничтожит нашу планету, мы (то есть те, кто в данный момент населяет Землю) всё равно погибнем. Исчезновение человеческого вида безразлично тем, кто уже мёртв. Строго говоря, оно не должно нас беспокоить.

Пересечь океан, чтобы заняться возделыванием сельскохозяйственных угодий на землях так кстати вымерших от какой-нибудь болезни местных жителей? В прошлом это было выгодно. Однако космические масштабы всё меняют.

Вот подходящая метафора: давайте примем одну астрономическую единицу - расстояние между Землёй и Солнцем, равное примерно 150 миллионам километров или 600 расстояниям от Земли до Луны - за один сантиметр. 1 АЕ = 1 см.

Солнечная система относительно невелика. Нептун, самая удалённая от Солнца планета, обращается вокруг нашего светила на расстоянии примерно 30 АЕ - или примерно в 30 "сантиметрах". Планета-гигант Юпитер находится на удалении 5,46 АЕ от Солнца (чуть больше пяти "сантиметров").

Мы отправляли к Юпитеру автоматические межпланетные станции. Если послать их по траектории Гоманна, путь займёт два с половиной года, но, в принципе, туда можно добраться и немного быстрее, если с умом применять астродинамику. Нептун пока что предел - только один аппарат, "Вояджер-2", забрался так далеко. Путешествие заняло двенадцать лет, и на Плутоне он не остановился. Пару лет назад "Вояджер-2" преодолел гелиопаузу и теперь направляется в межзвёздное пространство.

Пояс Койпера, ледяные владения блуждающих карликовых планет вроде Плутона и Эриды, простираются ещё на 30 АЕ, прежде чем слиться с намного более пустынным облаком Хиллса и облаком Оорта, владениями слабосвязанных комет с большим периодом обращения.

А теперь первый шок: согласно нашей удобной метафоре, диаметр пояса Койпера составляет примерно метр. Радиус облака Оорта, для сравнения, составляет 50000 АЕ - его внешний край находится в полукилометре от Солнца. Улавливаете? Если радиус нашей планетной системы равен 30 сантиметрам, то для того, чтобы добраться до края облака Оорта, придётся пройти полкилометра.

Теперь прогуляемся к Проксиме Центавра, ближайшей к нам звезде. (Возможно, в холодной бездне, расположенной за пределами облака Оорта, блуждают незамеченными один или два коричневых карлика, но если их и обнаружили, я об этом не слышал.) Проксима Центавра находится в 4,22 световых годах от нас. Один световой год составляет 63,2 х 10³ АЕ, или 9,46 х 10¹² км. Так что эта звезда находится на удалении 267000 АЕ или, если использовать наш масштаб, 2,3 километра.

Впрочем, Проксима Центавра - не самый лучший выбор, если мы ищем мирок, пригодный для заселения. Несмотря на то, что экзопланеты, похоже, чрезвычайно распространены, планеты земного типа найти сложно. Первой такой планетой была Глизе 581 c, которая находится в 20,4 световых годах или, используя нашу метафору, примерно в шестнадцати километрах от нас.

Попробуйте вообразить: для того, чтобы преодолеть путь длиной пять "сантиметров", нам требуется от двух до пяти лет. Однако сторонники межзвёздных путешествий говорят о пути, длина которого составляет шестнадцать километров.

Вот первое, на что я хотел бы обратить внимание: если расстояния, которые придётся преодолеть при межпланетном перелёте, настолько чудовищны, а время, проводимое в пути, соперничает с продолжительностью путешествия первых поселенцев до Австралии, то расстояние и время, с которыми приходится иметь дело, когда речь идёт о межзвёздных путешествиях, просто-напросто трудновообразимы.

Это не значит, что межзвёздные путешествия невозможны - как раз наоборот. Но для того, чтобы заниматься ими эффективно, понадобится либо вопиюще большое количество дешёвой энергии, либо эффективнейшие автоматические зонды, либо волшебная палочка. Без волшебной палочки вести с той стороны придут не быстрее, чем за десять лет. Даже если возможно получить источник дешёвой энергии или послать самовоспроизводящихся роботов к иным звёздным системам, чтобы превратить их в промышленные ульи, а затем (что ещё более умозрительно) найти какой-нибудь способ переправить туда людей, для нас итоговый экономический эффект этих усилий будет нулевым (не считая того, что на отправку экспедиции всё же потребуются деньги).

Что я подразумеваю под вопиюще большим количеством дешёвой энергии?

Допустим, что в будущем станет возможным взмахнуть волшебной палочкой и создать походный набор, содержащий все технологии и информацию, необходимую для восстановления человеческой цивилизации, способной однажды послать межзвёздные колонизационные экспедиции: кучку самореплицирующихся, самовосстанавливающихся робомашин и скачиваемую копию актуального архива человеческих знаний. Будем великодушными и добавим туда же замкнутую систему жизнеобеспечения, способную поддерживать жизнь человека много лет подряд без сбоев и потерь и способную при необходимости оказать медицинскую помощь. Добавим астронавтов-добровольцев (глупцов!) и запечатаем их в получившейся конструкции. Там будет скучновато, но я думаю, что мы можем вообразить минимальный пилотируемый межзвёздный аппарат, по размеру и весу сравнимый с первым американским космическим кораблём "Меркьюри". Наверное, не промахнусь, если скажу, что общий вес не превысит двух тысяч килограммов.

(Конечно, можно и смухлевать, но я уже задействовал самореплицирующихся роботов и замкнутые системы жизнеобеспечения, а это не так уж сильно отличается от волшебной палочки. Я буду умышленно игнорировать ещё более фантастические технологии вроде межзвёздных виспов (крохотные корабли, которые куда проще разогнать до сверхвысоких скоростей – прим. пер.), передачи разума, или искусственного интеллекта, способного действовать самостоятельно – хоть я сам бесстыдно использовал их в собственном романе Accelerando. Сейчас у меня другая задача: я пытаюсь придумать подходящую метафору для реалистичного энергетического бюджета, необходимого для межзвёздного перелёта).

Если зонд, весящий одну-две тонны с астронавтом в придачу, не совсем правдоподобен, то автоматический зонд в пару тонн весом представить куда проще. Такой аппарат способен перенести достаточное количество роботизированных инструментов для полезных исследований, включая достаточно мощный лазер, подходящий, чтобы послать домой сигнал, и, возможно, даже пресловутый самораспаковывающийся "военно-промышленный комплекс", который позволит построить что-нибудь дельное на том конце. Более миниатюрные зонды, скорее всего, даже не смогут сообщить нам о своих находках – по крайней мере, если не будет открыт совершенно новый вид связи.

Теперь давайте представим, что мы хотим доставить наших приматов в "жестяной банке" к Проксиме Центавра за время их жизни. Мы отправляем их в один конец, так что время полёта в 42 года представляется вполне обоснованным. (Их задача – приглядывать за разворачивающейся машинерией, взращивающей колонистов в искусственных матках. Ага?). Это значит, что кораблю нужно достичь крейсерской скорости в 10% от скорости света, а затем притормозить на том конце. На десяти процентах скорости света релятивистский эффект невелик – время растянется, не более чем на несколько часов или дней за 42 года путешествия.

Нам надо ускорить наших астронавтов до 30 миллионов метров в секунду, а затем приостановить. Мухлюя и используя ньютоновскую динамику, получим, что кинетическая энергия, потребляемая ускорением составит 9 x 10¹⁷ Джоулей, то есть, если округлить, 2 x 10¹⁸ на всё путешествие. NB: Подразумевается, что используемый двигатель конвертирует энергию в движущую силу со стопроцентной эффективностью, и силовая установка находится снаружи, так что нет необходимости брать в дорогу рабочее тело. Выходит, что это нижний предел энергетической стоимости транспортировки нашей экспедиции величиной со старинный космический корабль к Проксиме Центавра за время меньшее, чем продолжительность жизни.

Для сравнения добавлю, что полное преобразование одного килограмма массы в энергию даёт 9 x 10¹⁶ Джоулей (что, согласно одному из моих источников, равно 21,6 мегатонн в термоядерном эквиваленте). Так что нам понадобится энергетический эквивалент 400 мегатонн ядерного армагеддона, чтобы передвинуть к Проксиме Центавра за время меньшее продолжительности жизни человека капсулу, которая весит как нагруженный автомобиль Volvo V70. Столько энергии дадут все имеющиеся американские межконтинентальные баллистические ракеты "Минитмен III".

Вот менее взрывчатый ориентир: вся наша планетарная экономика, которая потребляет примерно 4 тераватта электричества (4 x 10¹² Ватт). Так что нужно всё наше мировое энергоснабжение за примерно полмиллиона секунд – около пяти дней – чтобы обеспечить необходимый "ж-жах".

Чтобы с треском вернуть вас с небес на землю, позвольте напомнить, что этот зонд настолько невероятно эффективен, что сам по себе попадает на территорию "волшебных палочек". Кроме того, я обошёл стороной стопроцентно эффективные передатчики энергии, способные действовать на межзвёздных расстояниях с поразительной точностью и без потерь. Если бы они существовали, они позволили бы космическому кораблю на том конце конвертировать энергию напрямую в движущую силу, но пока никто не сумел построить ничего подобного.

Когда речь идёт о единственном астронавте и 10% скорости света, результат не так уж сильно отличается от беспилотных полётов. А как быть с более долгосрочными экспедициями?

Корабли поколений - старинный штамп научной фантастики. Они очень медлительные (вероятно, менее 1% скорости света) и несут на себе самодостаточные города-государства. Команда, отправляющаяся на нём, не доживёт до конца полёта (путь до Проксимы Центавра со скоростью 1% скорости света потребует около 420 лет), но есть надежда, что доживут их потомки.

Если даже не задумываться о том, что ни у кого нет опыта создания социальных институтов, сохраняющих стабильность на периодах времени, значительно превышающих продолжительность человеческой жизни, корабли поколений, скорее всего, всё равно не помогут нам решить проблему энергетического бюджета.

Человеческое общество, судя по всему, требует больше места и сырья для жизни, чем можно взять с собой в полёт. К тому же если запечатать одинокого путешественника в консервную банку на сорок с чем-то лет - всего лишь жестоко и странно, то если поступить так с целым городом на несколько столетий, то это, наверное, правильнее всего квалифицировать как преступление против человечности.

Выходит, что нам нужно ослабить требования к массе. Если предположить, что у нас будут те же сверхэффективные системы жизнеобеспечения, что и в примере с единственным путешественником, мы можем постулировать, что на каждого колониста требуется десять тонн жилых сооружений (примерно как в жилом трейлере, только на всю жизнь). Урежем пиковое ускорение на порядок и на порядок увеличим груз на одного пассажира - и нам потребуется достаточное количество пассажиров, чтобы получилось стабильное общество. Предполагаю, что разумным нижним пределом можно считать 200 человек - размер стада доисторических приматов. Судя по всему, наш минимальный корабль поколений потребует существенно больше энергии, чем единственный скоростной путешественник.

И не забывайте, что пока речь идёт только о пути до Проксимы Центавра, нашего ближайшего соседа. Экзопланета Глизе 581 впятеро дальше. Планеты, которые уже годятся для жизни, обращаются в обитаемых зонах вокруг своих звёзд, содержат в атмосфере свободный кислород и имеют подходящую массу, силу тяжести и вторую космическую скорость, вероятно, встречаются куда реже. (Между прочим, присутствие свободного кислорода в атмосфере свидетельствует о кое-чём ещё - о наличии на планете жизни, ведущей фотосинтез, геохимического цикла углерода и множества других вещей, которые могут представлять опасность для неподготовленной иммунной системы человека. Вопрос о том, как мы будем взаимодействовать с инопланетными биологиями, на порядок сложнее, чем вопрос о том, как мы до них доберёмся - на первый взгляд перспективы такого взаимодействия выглядят довольно сомнительно).

Cуть того, что я пытаюсь сказать, проста. Пока у нас нет неотличимой от волшебства технологии, позволяющей делать то, что сейчас кажется непозволительно вольным обращением с законами физики, межзвёздные путешествия представляются совершенно неосуществимыми. И хотя нельзя заранее отвергать возможность того, что когда-нибудь такая почти волшебная технология появится, как фантаст я могу сделать вывод, что даже если межзвёздные путешествия случатся, они будут совершенно не похожи на колонизации прошлого, за которыми следовали потоки переселенцев и развёртывание торговли между колониями и метрополией.

А что насчёт Солнечной системы?

На следующей странице:Чарльз Стросс о перспективах освоения Солнечной системы.