Мечта пересечь глубины космоса и посеять семена человеческой цивилизации на другой планете существовала на протяжении многих поколений. С тех пор, как мы знали, что большинство звезд во Вселенной, вероятно, имеют свою собственную систему планет, были те, кто выступал за то, чтобы мы их исследовали (и даже поселились на них). С наступлением космической эры эта идея перестала быть просто предметом научной фантастики и стала предметом научных исследований. К сожалению, проблемы выхода за пределы Земли и достижения другой звездной системы бесчисленны.
Если говорить об этом, то есть только два способа отправить пилотируемые миссии на экзопланеты. Во-первых, необходимо разработать усовершенствованные двигательные установки, способные достигать релятивистских скоростей (доли скорости света). Второй предполагает создание космических кораблей, способных поддерживать экипажи на протяжении нескольких поколений. Корабль поколений (или корабль-мир). 1 ноября 2024 года проект «Гиперион» объявил конкурс проектов межзвездных путешествий с экипажем на кораблях поколения, которые будут опираться на современные технологии и технологии ближайшего будущего. Конкурс открыт для публики, и общая сумма вознаграждения за инновационные концепции составит 10 000 долларов США.
Project Hyperion — это международная междисциплинарная команда, состоящая из архитекторов, инженеров, антропологов и градостроителей. Многие из них работали с такими агентствами и институтами, как НАСА, ЕКА и Массачусетский технологический институт (MIT). Их соревнование спонсируется Инициативой межзвездных исследований (i4is), некоммерческой организацией, зарегистрированной в Великобритании, занимающейся исследованиями, которые позволят роботам и людям исследовать экзопланеты вокруг близлежащих звезд.
Хотя концепции межзвездного космического корабля возникли еще в раннюю космическую эпоху, интерес к этой области значительно вырос за последние два десятилетия. Во многом это связано с недавним взрывным ростом числа известных экзопланет в нашей галактике, которое в настоящее время составляет 5787 подтвержденных планет в 4325 звездных системах. Это иллюстрируется такими концепциями, как Breakthrough Starshot, Swarming Proxima Centauri и Project Genesis. Эти концепции используют космические корабли размером в грамм, направленную энергию (лазеры) и световые паруса для достижения скорости до 20% скорости света, что позволяет им совершать путешествие за десятилетия, а не столетия или тысячелетия.
Однако отправить пилотируемый космический корабль в другие звездные системы с достаточным количеством пассажиров, чтобы поселиться на другой планете, гораздо сложнее. Как говорилось в предыдущей статье, космическому кораблю, использующему известные или технически осуществимые методы движения, потребуется от 1000 до 81 000 лет, чтобы достичь даже ближайшей звезды (Проксимы Центавра). Хотя некоторые передовые концепции, такие как «Проект Орион», «Дедал» и «Икар», теоретически могут достичь Проксимы Центавра за 36–85 лет, затраты и количество необходимого топлива непомерно высоки.
Альтернативой этим концепциям «идти быстро» является готовность к длительному путешествию, которое может длиться столетия или даже тысячелетия. Для этого необходим космический корабль достаточного размера, способный вместить сотни (или тысячи) людей на протяжении нескольких поколений. Чтобы сэкономить место и уменьшить массу грузового пространства, экипажам придется выращивать большую часть своей еды и полагаться на системы жизнеобеспечения, которые являются биорегенеративными по своей природе. Короче говоря, корабль должен быть самодостаточным, чтобы пассажиры могли вести комфортную и здоровую жизнь, пока не достигнут пункта назначения.
Андреас Хейн, доцент кафедры аэрокосмической техники Университета Люксембурга и главный научный сотрудник Междисциплинарного центра безопасности, надежности и доверия, входит в состав оргкомитета проекта «Гиперион». Как он рассказал Universe Today по электронной почте:
«Подумайте о разнице между дроном и океанским лайнером. Предыдущие проекты межзвездных космических кораблей, таких как «Орион», «Дедал» и «Икар», были ориентированы на беспилотные зонды с основной целью сбора научных данных из целевых звездных систем, включая поиск признаков жизни. Напротив, корабли поколения предназначены для перевозки экипажа с основной целью поселения экзопланеты или другого небесного тела в целевой звездной системе. Они также, как правило, намного больше, чем межзвездные зонды, хотя, вероятно, будут использовать аналогичные двигательные системы, такие как двигательная установка на основе термоядерного синтеза».
Корабли поколений
Первое известное описание корабля поколения было сделано инженером-ракетчиком Робертом Х. Годдардом, одним из «прародителей современной ракетной техники», в честь которого назван Центр космических полетов имени Годдарда НАСА. В своем эссе 1918 года «Окончательная миграция» он описал «межзвездный ковчег», покинувший Солнечную систему в далеком будущем после того, как Солнце достигло конца своего жизненного цикла. Пассажиры находились в криогенной заморозке или в состоянии оцепенения на протяжении большей части пути, за исключением пилота, которого периодически будили, чтобы управлять кораблем.
Годдард рекомендовал, чтобы корабль работал на атомной энергии, если эта технология будет реализована. Если нет, то комбинации водорода, кислорода и солнечной энергии будет достаточно. Годдард подсчитал, что эти источники энергии позволят судну развивать скорость от 4,8 до 16 км/с (от 3 до 10 миль/с), или примерно 57 936 км/ч (36 000 миль в час). За этим последовал знаменитый российский ученый-ракетчик и космолог Константин Циолковский, также признанный одним из «прародителей современной ракетной техники». В 1928 году он написал эссе под названием «Будущее Земли и человечества», в котором описал межзвездный «Ноев ковчег».
По версии Циолковского, космический корабль будет самодостаточным, а экипаж будет готов к путешествию, которое продлится тысячи лет. В 1964 году ученый НАСА доктор Роберт Энцманн предложил наиболее подробную на сегодняшний день концепцию корабля нового поколения, известного как «Звездный корабль Энцмана». Предложение предусматривало создание корабля длиной 600 метров (2000 футов), оснащенного термоядерным двигателем, который в качестве топлива использует дейтерий. По словам Энцманна, на этом корабле будет первоначальный экипаж из 200 человек с возможностью расширения по ходу дела.
В последние годы эта концепция исследовалась с разных точек зрения: от биологической и психологической до этической. Это включало серию исследований (2017–2019 гг.), Проведенных доктором Фредериком Марином из Астрономической обсерватории Страсбурга с использованием специально разработанного числового программного обеспечения (названного HERITAGE). В первых двух исследованиях д-р Марин и его коллеги провели моделирование, которое показало, что минимальная бригада из 98 человек (максимум 500 человек) должна быть объединена с криогенным банком спермы, яйцеклеток и эмбрионов, чтобы гарантировать генетическое разнообразие и хорошее здоровье после прибытие.
В третьем исследовании доктор Марин и другая группа ученых определили, что корабль, перевозящий их, должен иметь длину 320 метров (1050 футов), радиус 224 метра (735 футов) и площадь 450 м² (~ 4850 футов²). искусственных земель, чтобы вырастить достаточно еды для их поддержания. Короче говоря, эти предложения и исследования устанавливают, что корабль поколений и его команда должны нести «Землю с собой» и полагаться на биорегенеративные системы для пополнения запасов пищи, воды и воздуха на протяжении поколений.
Как уже отмечалось, большинство исследований, касающихся межзвездных исследований, были сосредоточены на зондах или кораблях и, как правило, подчеркивали скорость, а не гарантию того, что пассажиры смогут совершить путешествие. Как объяснил Хейн, это делает проект «Гиперион» первым соревнованием, в котором основное внимание уделяется кораблям поколений и обеспечению здоровья и безопасности межзвездных путешественников до тех пор, пока они не прибудут в ближайшую звездную систему:
«Этот конкурс беспрецедентный — настоящий первый. Насколько нам известно, это первый раз, когда был объявлен конкурс проектов, специально ориентированный на корабли нового поколения. Он основан на предыдущих исследованиях нашей команды, проводимых с 2011 года и посвященных фундаментальным вопросам, таким как необходимая численность населения. Этот конкурс уникальным образом исследует сложное взаимодействие между технологиями генерации и динамикой общества с крайне ограниченными ресурсами.
«Большинство исследований сосредоточено на технологических аспектах, таких как двигательная установка и жизнеобеспечение, при этом часто рассматривая корабельные технологии и бортовое общество как отдельные вопросы. Такой подход понятен, если принять во внимание сложность анализа этих взаимозависимостей. Нам даже посоветовали держаться подальше. Наша цель — сделать первый шаг к изучению и представлению этих взаимозависимостей. Мы стремимся быть Кэли, а не Да Винчи. Да Винчи представлял себе самолеты, а Кэли разработал их основные принципы проектирования, которые проложили путь братьям Райт».
Конкурс
Регистрация на соревнование будет открыта до 15 декабря 2024 года, и все участвующие команды должны оплатить регистрационный взнос в размере 20 долларов США. Три лучшие работы-победители будут объявлены 2 июня 2025 года. Им будет вручено 5000 долларов США за первое место, 3000 долларов США за второе и 2000 долларов США за третье место. Кроме того, десять команд получат почетные награды за креативные и инновационные идеи. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт проекта «Гиперион» и краткое описание миссии.
Согласно их заявлению о миссии, проект «Гиперион» представляет собой предварительное исследование и технико-экономическое обоснование межзвездного полета с экипажем с использованием современных технологий и технологий ближайшего будущего. Цель состоит в том, чтобы информировать общественность о будущих возможностях межзвездных космических путешествий и направлять будущие исследования и разработки технологий. Как они заявляют на своем сайте, конкурс имеет следующую тему:
«Человечество преодолело великий кризис устойчивого развития в 21 веке и перешло в эпоху устойчивого изобилия как на Земле, так и в космосе. Человечество теперь достигло способности развивать корабль поколений без серьезных жертв. Межзвездный звездолет пролетает мимо ледяной планеты в соседней солнечной системе. Выходя за рамки классического исследования проблемы межзвездного движения и структурного проектирования путешествия, продолжающегося несколько столетий, каким может быть идеальный тип архитектуры и общества среды обитания, чтобы обеспечить успешное путешествие?»
Участникам будет поручено спроектировать корабль, среду его обитания и подсистемы, включая детали его архитектуры и общества. Краткое описание проекта описывает другие важные граничные условия, включая продолжительность миссии, ее пункт назначения и другие важные соображения. Продолжительность миссии составляет 250 лет от запуска до прибытия в целевую звездную систему, что соответствует тому, что корабль имеет усовершенствованную двигательную установку, способную развивать долю скорости света.
Для обеспечения здоровья и безопасности экипажа среда обитания корабля должна иметь атмосферные условия, аналогичные земным, защиту от галактических лучей, микрометеоритов и межзвездной пыли (необходимой для релятивистских космических путешествий). Корабль также должен обеспечивать искусственную гравитацию посредством вращающихся секций, но «части среды обитания могут иметь пониженную гравитацию». Среда обитания также должна обеспечить размещение и достойные условия жизни для 1000 плюс-минус 500 человек на протяжении всего путешествия. Среду обитания также необходимо будет спроектировать таким образом, чтобы ее можно было модифицировать в соответствии с меняющимися потребностями.
Структура общества должна учитывать культурные различия, включая язык, этику, структуру семьи, убеждения, эстетику, структуру семьи и другие социальные факторы. Конкурс также рассматривает сохранение и потерю знаний относительно Земли, которые они описывают как «почти неизбежные». Кэмерон Смит, антрополог из Портлендского государственного университета и Центра исследования космического пространства при Университете Аризоны (CHaSE), также является членом организационного комитета проекта «Гиперион».
«Положение населения, скажем, тысяч или даже 1500 человек, путешествующих в изоляции на протяжении веков, будет уникальным для человеческого опыта. Таким образом, точно так же, как мы планируем здоровье архитектуры и оборудования, поддерживая их в хорошем состоянии в течение этого периода времени, мы можем планировать здоровье и поддержание как биологии, так и культуры. И у нас есть отличный проводник — эволюция.
«Эволюция лежит в основе всех наук о жизни, и она также во многом применима к культурным изменениям во времени. Биология развивается, и культуры развиваются. И мы научились управлять нашей культурой на Земле, чтобы она соответствовала самым разным ситуациям».
«Однако идея состоит в том, чтобы заставить людей задуматься о том, как можно адаптировать культуру к необычным условиям, которые я обрисовал. Отделение от Земли, отделение от других популяций людей, за исключением радио- или видеосвязи – которых будет становиться все меньше и меньше по мере удаления от Земли – что может измениться за время путешествия, что потребует культурной адаптации?»
На протяжении всей поездки население также должно иметь доступ к основным продуктам (одежде, жилью и т. д.). Масса среды обитания должна быть как можно меньшей, надежной на протяжении всего пути и включать резервные системы. Целевым пунктом назначения корабля поколений является скалистая планета в соседней звездной системе (например, Проксима b). Интересно, что в конкурсе подчеркивается, что на этой планете будет искусственная экосистема, созданная зондом-предшественником, в духе проекта «Генезис». В результате экипажам не потребуется каких-либо значительных генетических или биологических адаптаций, чтобы выжить в этой экосистеме. Как объяснил Хейн:
«250 лет в консервной банке и оставаться счастливым, то есть. Может ли общество процветать в условиях жесткой ограниченности ресурсов? Ответ на этот вопрос имеет важное значение для проектирования корабля поколений, а также может дать представление об устойчивом будущем на Земле. С моей точки зрения, существует значительная нехватка творческих решений этой проблемы. «250 лет в консервной банке и оставаться счастливым, иначе говоря, может ли общество процветать в условиях строго ограниченных ресурсов?»
« Ответ на этот вопрос имеет важное значение для проектирования корабля поколений, а также может дать представление об устойчивом будущем на Земле. С моей точки зрения, существует значительная нехватка творческих решений этой проблемы».
«Мы также надеемся повысить осведомленность о сложностях, лежащих в основе сегодняшних технологий. Какие технологии можно или нужно сохранить на корабле поколения, а какие могут быть утеряны? Исследования показывают, что численность населения общества влияет на разнообразие и сложность его технологий. Большинство современных технологий требуют сложных цепочек поставок, включающих множество компаний, инфраструктуру и системы регулирования. Поэтому корабль поколения, скорее всего, будет полагаться на низкотехнологичные решения, если только прорывные технологии, такие как молекулярное производство или стандартные шаблонные конструкции (как показано в Warhammer 40k), не станут возможными».
Междисциплинарный подход
Основное внимание конкурса уделяется междисциплинарным исследованиям, отражающим интересы самого организационного комитета. Это стало тенденцией в космических исследованиях, во многом благодаря развитию коммерческой космической отрасли. Сегодня для многих компаний и некоммерческих организаций традиционные исследования выходят за рамки аэрокосмической техники и включают архитектуру и дизайн интерьера, биологию, социологию, психологию, сельское хозяйство и другие дисциплины для создания концепций, которые позволят вести здоровую и устойчивую жизнь в космосе.
По правилам команды должны состоять как минимум из одного архитектурного дизайнера, инженера и социолога (социолога, антрополога и т. д.). Как пояснил Язги Демирбас Печ, архитектор и дизайнер Оргкомитета:
«Мы надеемся, что этот конкурс вдохновит на более широкое междисциплинарное сотрудничество, подчеркнув ценность таких областей, как архитектура и социальные науки, которые особенно важны при планировании длительных миссий на большие расстояния. Целостный подход, объединяющий эти разнообразные области, может способствовать выработке более устойчивых и ориентированных на человека решений в области освоения космоса.
«В отличие от традиционных архитектурных практик на Земле, космическая архитектура требует тонкого баланса между строгими техническими ограничениями, такими как ограниченное физическое пространство, экстремальные условия окружающей среды и ограниченные ресурсы, и основными потребностями человека в комфорте, безопасности и психологическом благополучии. Здесь архитектура становится элементом жизнеобеспечения, позволяющим людям жить, работать и процветать на огромных расстояниях и во времени.
«В рамках этого конкурса мы приглашаем команды бросить вызов традиционным принципам дизайна и дать новое определение тому, что значит «дом» среди звезд. Включение в команды архитекторов или студентов-архитекторов, несомненно, добавит новые перспективы этому соревнованию, заставляющему задуматься».
Решения для космоса. Решения для Земли.
Еще одним важным аспектом конкурса является желание вдохновить идеи, которые также найдут применение и пользу здесь, на Земле. Это еще один важный аспект будущего освоения космоса, который включает в себя планы создания аванпостов на Луне, Марсе и за их пределами. Подобно кораблю, миссии, действующие дальше от Земли, не могут полагаться на регулярные миссии по пополнению запасов, отправляемые с Земли. Это означает, что среда обитания должна быть максимально самодостаточной и обеспечивать обитателям достаточно воздуха, воды и еды для комфортной жизни.
На протяжении десятилетий ученые и проектировщики черпали вдохновение в природной среде Земли. Это была цель проекта «Биосфера-2», в ходе которого в период с 1991 по 1994 год были проведены два эксперимента, в которых добровольцы жили в запечатанном биоме, имитирующем многие среды Земли. С 2007 года Университет Аризоны использовал это учреждение для проведения исследований в рамках своей программы CHaSE, оставаясь при этом открытым для публики.
«С 1990-х годов «Биосфера-2» является исследовательским центром закрытых экосистем, словно на звездолете, и исследования здесь продолжаются. [Я] на самом деле нахожусь в биосфере до января, и я смотрю на звезды и занимаюсь всем этим прямо сейчас», — сказал Смит, написавший Universe Today из объекта. Как он далее отметил, результаты этого эксперимента и подобных исследований имеют важное применение для жизни здесь, на Земле, главным образом потому, что в космосе нет права на ошибку:
«[П]ланирование и подготовка к посадке на звездолет с точки зрения его культуры и биологической защиты потомства будут очень тщательно продуманы, чтобы обеспечить им максимальную защиту, возможно, способами, более специально адаптированными к их выживанию и хорошему здоровью, чем в любая культура, когда-либо существовавшая на Земле. В межзвездном путешествии все должно идти правильно, чтобы выжить в течение нескольких поколений в закрытой экосистеме, поэтому планирование и подготовка должны быть очень тщательными».
Поскольку неудача в космосе часто означает смерть, особенно когда люди находятся далеко от Земли, и спасательные миссии могут добраться до них слишком долго, технологии, на которые полагаются будущие исследователи и поселенцы, должны быть регенеративными, безотказными и устойчивыми с течением времени. Эти исследования и разработки принесут прямую пользу, когда речь зайдет о самых насущных проблемах, с которыми мы сталкиваемся здесь, на Земле: изменении климата, перенаселении, бедности и голоде, а также необходимости устойчивого образа жизни. Как подчеркнул Печ:
«Я считаю, что мышление за пределами Земли может дать ценную информацию о том, как мы могли бы улучшить жизнь здесь, на «космическом корабле Земля». Как и в космосе, где мы сталкиваемся с многочисленными проблемами, наша планета требует инновационных подходов для укрепления гармонии и устойчивости в условиях текущих глобальных конфликтов и вызовов».
Дополнительным преимуществом является стимулирование вопросов о жизни во Вселенной и о том, где внеземные цивилизации (внеземные цивилизации) уже могли путешествовать среди звезд. На протяжении десятилетий ученые исследовали эти вопросы как часть парадокса Ферми. Как объяснил Хейн:
«Наконец, точно так же, как проект «Дедал» продемонстрировал теоретическую осуществимость межзвездных путешествий, мы стремимся создать аналогичное «доказательство существования» для путешествий человека к звездам. Достижение этого добавит новые перспективы к парадоксу Ферми: если мы можем представить себе межзвездные путешествия с экипажем сегодня, более развитая цивилизация уже должна была достичь этого. Итак, где они?
Тем, кто заинтересован в конкурсе или имеет дополнительные вопросы, рекомендуется связаться с Инициативой межзвездных исследований, он будет открыт для вопросов и ответов до 1 декабря 2024 года.
Дополнительная литература: Проект Гиперион
