Человечество может оказаться перед лицом экзистенциальной угрозы, требующей немедленной колонизации других звёздных систем, однако сверхсветовые путешествия остаются невозможными. В новом видео научно-популярного канала PBS Space Time ведущий разбирает реалистичный сценарий экстренного запуска «корабля поколений» к Проксиме Центавра b с использованием существующих или близких к реализации технологий. В материале подробно анализируются технические, биологические и социальные вызовы, с которыми столкнутся люди во время многовекового космического путешествия.
🌌 Межзвёздные путешествия: реальность против фантастики 0:00
Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, путешествия со скоростью, превышающей скорость света, почти наверняка невозможны. Это ставит под угрозу галактическое будущее человечества, учитывая, что диаметр Млечного Пути составляет около 100 000 световых лет (в транскрипте ошибочно указано 800 000). При достижении 80%, 90% или 99% от скорости света релятивистское замедление времени позволило бы экипажу добраться до соседних звёзд за одну человеческую жизнь. Однако такие скорости требуют создания фантастических двигателей: материя-антиматерия, компактных термоядерных реакторов или даже черных дыр. К тому же, перемещение на околосветовых скоростях несёт в себе колоссальные опасности при столкновении с космической пылью.
В связи с этим возникает необходимость рассмотреть «медленный путь». Ведущий канала предлагает гипотетический сценарий: Земле угрожает уничтожение (из-за падения кометы, климатического коллапса или прибытия Трисолярианского флота), и у человечества есть всего около 30 лет на подготовку эвакуации. Задачей становится отправка людей на Проксиму Центавра b — ближайшую известную экзопланету, находящуюся на расстоянии 4,2 светового года от нас. В рамках сценария планета считается пригодной для жизни, а технологии заморозки людей (анабиоза) признаются ненадёжными. Единственным выходом становится создание корабля поколений, где люди будут рождаться, жить и умирать в пути.
🚀 Выбор двигательной установки: два сценария полета 4:13
Для реализации миссии в 30-летний срок подготовки авторы видео рассматривают два принципиально разных типа двигателей, определяющих временные рамки путешествия:
- Конвенциональный (электроракетный) двигатель. Масштабированная версия технологии, использованной в солнечном зонде «Паркер» (Parker Solar Probe). Зонд развил скорость 700 000 км/ч, в основном за счёт гравитационных манёвров. Если построить гигантский корабль на таком приводе, путь до Проксимы b займёт около 6300 лет, что эквивалентно 200 поколениям людей и равно длине всей письменной истории человечества.
- Импульсный термоядерный двигатель. Технология, основанная на контролируемых термоядерных взрывах позади корабля. Рассматриваются такие исторические концепты, как проекты Orion, Daedalus, Enzmann или Medusa (где взрывы направлены в огромный парус). Оптимистичные оценки обещают скорость до 30% от скорости света, но реалистичный предел для зрелой технологии — около 10%. Для экстренного сценария авторы принимают скорость в 3% от скорости света, что в 50 раза быстрее конвенционального двигателя. В этом случае полет займёт всего 140 лет (4–5 поколений).
👥 Генетическое разнообразие и размер экипажа 7:32
Главным фактором, определяющим численность населения корабля поколений, является сохранение генетического разнообразия. Ведущий ссылается на исследование 2018 года, проведённое французскими учёными Фредериком Мареном (Frédéric Marin) и Камиллем Белуффи (Camille Beluffi). Они применили метод симуляции Монте-Карло, учтя такие риски, как:
- Внезапные катастрофы, способные уничтожить до трети населения;
- Различные уровни бесплодия;
- Фактор хаоса, имманентно присущий любым человеческим экспедициям.
По расчётам исследователей, минимальный размер стартового экипажа должен составлять не менее 100 человек. В процессе полёта популяция должна вырасти и стабилизироваться на уровне около 500 человек. По объёму жилого пространства это эквивалентно минимум пяти кораблям Starship от SpaceX, однако с учётом систем жизнеобеспечения размеры судна должны быть многократно больше.
🪐 Жизнеобеспечение: гравитация, гидропоника и диета из личинок 9:17
Длительное пребывание в невесомости разрушает костную ткань и превращает людей в «желеобразных существ». Для создания искусственной гравитации в 1g жилые отсеки необходимо вращать. По оценкам инженеров, простейшим решением станет кольцевой хабитат радиусом 100 метров, совершающий три оборота в минуту.
Огромной проблемой является пропитание. Согласно французским исследованиям, для обеспечения сбалансированного всеядного рациона на 500 человек стандартными методами требуется 0,45 кв. км площади. Половина этой площади уходит на скот, поэтому от говядины придётся отказаться. Переход на высокоэффективную гидропонику или аэропонику для выращивания питательных культур (например, батата) позволяет сократить необходимую площадь до 0,015 кв. км (эквивалентно 30 кораблям Starship).
Источником животного белка вместо привычного мяса могут стать насекомые. По словам ведущего, мучные черви (mealworms) могут выращиваться с высокой плотностью и обеспечивать экстремально богатый белком рацион. В целом, зоны производства пищи займут в 6–10 раз больше места, чем жилые помещения экипажа.
💧 Вода, воздух и радиационная защита 12:05
Одному взрослому человеку требуется около 2 литров воды в день; для 500 человек это составляет 1000 литров (1 метрическая тонна) ежедневно. Для 140-летнего полёта потребуется 50 000 тонн воды, а для 6300-летнего — в десятки раз больше. Современные системы МКС достигли рекордной эффективности рециркуляции воды в 98%. Однако даже при такой эффективности для 140-летнего путешествия потребуется 50-тонный резервный запас воды, а для миссии длиною в 6000 лет корабль пришлось бы увеличить вдвое только ради хранения запасов жидкости. Чтобы полет стал возможен, эффективность переработки воды необходимо поднять минимум до 99,5%.
Огромный плюс необходимости хранения воды заключается в том, что её можно использовать в качестве радиационной защиты. Слой воды толщиной около 1 метра вокруг жилых зон способен остановить большую часть опасной космической радиации.
В отношении воздуха системы МКС (например, система ACLS от ESA) перерабатывают углекислый газ в кислород с эффективностью всего около 50%. Для корабля поколений этого мало — придётся полагаться на естественные растительные биосферы. Опыт проектов Biosphere 2 (где всё же пришлось задействовать химические скрубберы CO2) и MELiSSA доказывает, что комбинация естественных и искусственных систем способна поддерживать стабильную атмосферу веками.
🧠 Психология изоляции и виртуальная реальность 15:20
Главной угрозой для разума колонистов станет тотальное чувство изоляции. Двусторонняя задержка связи с Землёй к концу путешествия достигнет 8,5 лет. Чтобы экипаж не сошёл с ума, NASA предлагает активно использовать технологии виртуальной реальности (VR). Колонисты смогут посещать цифровые 3D-копии земных ландшафтов, видеть дома близких, ощущать тактильные симуляции ветра, дождя и запахи свежескошенной травы или леса.
Поскольку в замкнутом пространстве неизбежны конфликты, стресс и семейные драмы, кораблю потребуется третейский судья. По мнению специалистов NASA, эту роль должен взять на себя ИИ-терапевт. Агентство уже протестировало пилотный инструмент Simon 2.0 (CIMON 2.0) на МКС, подтвердивший высокую значимость роботов-психологов для долгосрочных миссий.
🏛️ Социальная структура и преемственность поколений 18:02
Самым спекулятивным вопросом остаётся сохранение цели миссии. Как сделать так, чтобы четвёртое или двухсотое поколение, никогда не видевшее ни Земли, ни Проксимы b, захотело завершить полёт, а не устроило революцию? Социальная структура корабля должна балансировать между жёсткой армейской иерархией для управления системами и широкими личными свободами для поддержания уровня счастья.
Ввиду огромных рисков социальных взрывов и поломок на протяжении тысячелетий, ведущий делает вывод: человечеству жизненно необходимо сосредоточиться на освоении импульсных термоядерных двигателей, чтобы сократить путь до 140 лет. Психологические аспекта долгого отрыва от дома также подробно исследуются в новом документальном фильме «Space: The Longest Goodbye», доступном в приложении PBS и на YouTube.
