Колонизация космоса: за и против

1

«Мы не можем позволить себе сложить все яйца в одну корзину» — это не столько оправдание, сколько попытка надавить на сентиментальность: в случае планетарной катастрофы все мы, жители Земли, все равно умрем. А будущее исчезновение рода человеческого никак вас не касается, если вы уже умерли; строго говоря, каждому в отдельности об этом беспокоиться нечего.

 

С исторической точки зрения плавание через океаны и насаждение хозяйств на новых землях, которые благодаря болезням без особого труда перешли в руки новых владельцев, оказалось вполне рентабельной моделью.

 

2

 

Удобный пример: давайте возьмем одну астрономическую единицу (а. е.) — расстояние между Землей и Солнцем, или шестьсот расстояний между Землей и Луной, примерно 150 млн километров — за 1 сантиметр. Идет? 1 а. е. = 1 см. (Возможно, вам понадобится линейка, чтобы проследить пример до конца). Солнечная система маленькая, очень удобно. Нептун, самая отдаленная ее планета, вращается на расстоянии около 30 а. е., или 30 см (или 1 фута в старых единицах измерения), от Солнца. Гигант Юпитер удален от Солнца на 5,46 а. е. — по-старому почти 2 дюйма.

 

Мы отправляли на Юпитер космические зонды. Чтобы туда добраться по обычной гомановской траектории, им потребовалось два с половиной года; впрочем, можно немного сократить время в пути, если воспользоваться более хитрой орбитальной механикой. Нептун же по-прежнему далеко — пока что только одному космическому кораблю, «Вояджеру-2», удалось туда добраться. Это путешествие заняло 12 лет без остановок (сейчас «Вояджер-2» на пути к межзвездному пространству: несколько лет назад он преодолел гелиопаузу).

...

 

Пояс Койпера, область ледяных странствующих карликовых планет вроде Плутона и Эриды, тянется, наверное, еще на протяжении 30 а. е., прежде чем слиться с гораздо более разреженными облаком Хиллса и облаком Оорта, областью слабосвязанных долгопериодических комет. И вот первый шок, связанный с масштабами: согласно нашему сравнению, пояс Койпера имеет около метра в диаметре. Зато облако Оорта достигает в радиусе 50 000 а. е. — то есть его внешняя сторона удалена на полкилометра. Понимаете, да? Наша Солнечная система в радиусе достигает 30 см, меньше фута. Но чтобы добраться до внешней границы облака Оорта, придется пройти полкилометра, почти ⅓ мили.

 

Следующая остановка — Проксима Центавра, ближайшая к нам звезда (в ледяных глубинах за облаком Оорта, в принципе, могут незримо блуждать один-два коричневых карлика, но если мы их и обнаружили, то я об этом ничего не знаю). Проксима Центавра расположена на расстоянии 4,22 светового года от нас. Световой год — это 63,2 × 103 а. е., или 9,46 × 1012 км. Так что Проксима Центавра находится от нас на расстоянии 267 000 а. е., или, в нашей системе, чуть меньше чем в 2 ⅓ км (2 мили по-старому) от нас.

 

Но Проксима Центавра — это не лучший выбор, если мы ищем недвижимость, пригодную для обитания. В то время как экзопланет, судя по всему, как грязи, планеты земной группы найти не так-то просто. Глизе 581с, первая из обнаруженных планет этого типа (и довольно странная для таковой), находится примерно в 20,4 световых года от нас, или, согласно нашей модели, на расстоянии примерно в 10 миль.

 

3

 

Это первая мысль, которую я хотел бы донести: если расстояния между планетами огромны, а сроки межпланетных перелетов могут посоперничать с продолжительностью первых путешествий австралийских колонизаторов, то расстояния и необходимое время для перелетов между звездами просто непостижимо велики.

 

4

 

И при отсутствии пункта В мы не получим никаких новостей с другого конца Вселенной меньше чем за несколько десятилетий. Даже если пункт А можно реализовать, или даже если посредством пункта Б мы сможем отправить в космос самовоспроизводящиеся фабрики и превратить далекие солнечные системы в настоящие промышленные центры, или даже — что еще более невероятно — найдем способ отправить туда людей — все равно никакого влияния на нашу экономику это не окажет (за исключением тех затрат, которые потребуются, чтобы все это осуществить).

 

Что я подразумеваю под огромными количествами дешевой энергии? Давайте предположим, что в будущем можно взмахнуть волшебной палочкой и создать некий «туристический набор». Он будет включать в себя все технологии и информацию, необходимые для того, чтобы воссоздать человеческую цивилизацию, способную в конечном итоге отправлять межзвездные колонизаторские миссии, — самовоспроизводящееся и способное к самовосстановлению роботизированное оборудование и свежую копию всех знаний человечества, готовую к загрузке.

 

Давайте не будем жадничать и добавим еще самостоятельную систему жизнеобеспечения, которая способна поддерживать жизнь колониста максимально долго, множество лет подряд, без перебоев, а также может осуществлять медицинское вмешательство в случае необходимости. Добавим космонавта-волонтера (вот идиот!) и запрем его в нашем «наборе». Он будет там здорово скучать, но, думаю, мы можем вообразить нашу минимально возможную межзвездную миссию, которая осуществляется с помощью управляемого человеком аппарата, сопоставимого по размеру и массе с капсулой программы «Меркурий».

 

(Конечно, мы могли бы на этом нажиться, но я уже придумал самовоспроизводящиеся роботизированные фабрики и замкнутые системы жизнеобеспечения, что уже само по себе очень близко к волшебной палочке. Я собираюсь сознательно игнорировать еще более умозрительные технологии вроде «звездного жгута», «загрузки сознания» или искусственного интеллекта, достаточно мощного, чтобы работать полностью автономно, — хотя и использовал их без зазрения совести в своем романе Accelerando. Здесь я пытаюсь просто предложить реалистичную рабочую модель энергетического баланса, необходимого для межзвездных перелетов).

 

Кстати, зонд минимальным весом в 1 – 2 тонны, который везет космонавта, — это уже немного нереально, но в принципе станция такого размера вполне способна нести достаточное количество роботизированных инструментов, чтобы проводить полезные исследования, плюс лазер, мощности которого хватит, чтобы добить сигналом до дома, — и, может, даже останется место для раскладной военной или промышленной системы, которая позволит построить там, наверху, что-нибудь полезное. При этом корабль намного меньших размеров не позволит передать на Землю информацию о новых открытиях — во всяком случае, без кардинальных прорывов в коммуникационных технологиях, которых пока что-то не видать.

 

5

 

(Задачей космонавта будет наблюдать за работой машин, пока они будут самораспаковываться и плодить новых колонистов при помощи искусственной матки, окей?) Это значит, что потребуется достичь средней крейсерской скорости в 10 % от скорости света, а на другом конце пути нужно будет замедлиться. На скорости в 10 % от c релятивистские эффекты минимальны — произойдет растяжение времени, но в пределах часов или дней, а что это в сравнении с 42 годами полета!

 

Итак, нам нужно разогнать нашего космонавта до скорости 30 000 000 м/с, а потом замедлить скорость до нуля в конечной точке маршрута. Если сжульничать и использовать Ньютоновы законы, кинетическая энергия, приобретенная благодаря ускорению, будет равна 9 × 1017 джоулей; можно округлить до 2 × 1018 джоулей, которые понадобятся для всего полета.

 

NB: При этом мы допускаем, что используемая двигательная установка полностью, на 100 %, конвертирует энергию в импульс, что энергия не затрачивается на трение в межзвездной среде и что источник движения — внешний (то есть рабочее тело с собой брать не нужно). Так что это нижний предел затрат энергии, необходимой на транспортировку нашего аппарата размером с капсулу «Меркурия» к Проксиме Центавра в пределах человеческой жизни.

 

Чтобы представить себе реальную картину — полная трансформация килограмма массы дает выход энергии в 9 × 1016 джоулей (что, согласно одному из моих источников, примерно эквивалентно термоядерному взрыву в 21,6 мегатонны). Так что нам нужна энергия, сопоставимая с 400-мегатонным ядерным армагеддоном, чтобы доставить на Проксиму Центавра капсулу размером с загруженную под завязку «Вольво V70 » быстрее, чем космонавт умрет от старости. Этот выход энергии сравним со взрывом баллистической ракеты. Менее «взрывной» пример: вся экономика нашей планеты требует примерно 4 тераватта электричества (4 x 1012 ватт). Следовательно, для достижения нужного «ба-бума» потребуется все электричество, произведенное на планете за полмиллиона секунд — то есть примерно за 5 дней.

 

Но чтобы с грохотом вернуть вас с небес на землю, позволю себе напомнить, что эта космическая станция невероятно эффективна, настолько, что, по сути, возвращает нас к теории «волшебной палочки». Я очень ловко описал стопроцентно эффективную систему передачи энергии, способную работать на межзвездных дистанциях точно, как в аптеке, и без потерь на конвертацию, которая позволяет космическому кораблю «на той стороне» напрямую трансформировать энергию в импульс. Но существующие системы передачи работают… ну, скажем, не совсем так, и я не уверен, что знаю, откуда могла бы взяться подобная новинка.

 

А что же наш одинокий астронавт? Скорость в 10 % от c хорошо подходит для беспилотного перелета, но что делать с долгосрочными экспедициями? «Корабли поколений» — это столп научной фантастики: они медленные (их скорость, наверное, меньше 1 % от c), и на борту у них располагаются целые независимые города-государства.

 

6

 

Оставим в стороне отсутствие доказательств того, что в принципе возможно создать человеческое общество, которое сохраняло бы стабильность на протяжении периодов куда более длительных, чем человеческая жизнь. Но использование «корабля поколений» вряд ли пойдет на пользу и нашему энергетическому балансу. Целому обществу людей, скорее всего, понадобится больше места и больше сырья, чтобы что-то из него изготавливать во время полета, чем одному человеку. Кроме того, засунуть одного-единственного исследователя в жестянку на сорок с лишним лет — просто странно и жестоко. Но проделать то же самое с целым городом на срок в несколько столетий — это, пожалуй, можно расценить как преступление против человечества. Поэтому нужно ослабить массовую напряженность.

 

7

 

Мы урезали максимальную скорость нашего корабля из соображений величины, но повысили требования к его грузоподъемности в соответствии с требованиями к размеру его конструкций из расчета на каждого пассажира — и теперь, чтобы наше стабильное общество взлетело, нужно набрать достаточно пассажиров. Я бы сказал, что целесообразно провести нижнюю границу в районе 200 человек — размер доисторического племени приматов. (Генетическое разнообразие? Допустим, мы можем забыть об этой проблеме, запасшись замороженной спермой или эмбрионами для будущего использования). К моменту, когда мы разработаем минимально возможный план «корабля поколений» (и каким же он может быть «минимальным», если мы собираемся запереть 200 человек в 2000-тонную дуру примерно на такой же срок, какой прошел с момента высадки плимутских колонистов там, где потом возник Массачусетс, до наших дней?), — он уже будет требовать значительно больше энергии, чем понадобилось бы нашему скоростному одинокому космонавту.

 

8

 

А среди планет, которые можно считать обитаемыми в силу того, что их орбита расположена внутри обитаемой зоны их звезды, планеты, имеющие свободный кислород в атмосфере, массу, поверхностную гравитацию и скорость убегания, не выглядящие слишком неприступно, кажутся несколько более редкими. (А если в их атмосфере есть свободный кислород, это подразумевает и еще кое-что, а именно: присутствие предшественников фотосинтетической жизни, наличие углеродного цикла и множество других вещей, которые могут вывалить целую гору неприятных сюрпризов на неподготовленную иммунную систему человека. Вопрос взаимодействия с инопланетной биологической жизнью гораздо шире и сложнее, чем вопрос о том, как нам попасть в далекий космос, — и, на первый взгляд, не предвещает ничего хорошего).

 

Короче, то, что я пытаюсь донести, очень просто: при отсутствии технологий, неотличимых от магии, — волшебных технологий, которые, кроме всего прочего, способны, с нынешней точки зрения, обходить законы физики, — межзвездные перелеты для человечества практически неосуществимы. И хотя я не исключаю возможности появления подобной полуволшебной технологии в будущем, как автор научной фантастики я делаю вывод, что, если межзвездная колонизация когда-нибудь и произойдет, она не будет развиваться по модели исторической колонизации, которая влекла за собой массовую эмиграцию и развитие торговли между колониями и старой доброй родиной.

 

А что насчет нашей собственной Солнечной системы? После того, как мы обозрели бескрайнее межзвездное пространство, Солнечная система на первый взгляд выглядит просто-таки утешительно доступной. Исследовать ее — не бином Ньютона: мы можем это сделать, мы это делаем, и в новых учебниках по истории межпланетные исследования, возможно, будут названы одним из величайших научных свершений конца XX – начала XXI века.

 

9

 

Оптимистические проекты предполагают, что с развивающимися сейчас ракетами- «лоукостерами» можно будет поддерживать наше присутствие на Луне, транспортируя грузы по доступной цене приблизительно в $15 000 за килограмм. Самые радикальные прогнозы утверждают, что если стоимость удастся урезать до примерно тройной стоимости топлива и окислителей (что означает, что космический корабль, о котором идет речь, будет одновременно очень дешевым и пригодным для повторного использования), то мы сможем платить за полет на Луну всего лишь $165 за килограмм. При таких расценках отправить 100-килограммового космонавта на «Лунную Базу Один» обойдется не сильно дороже перелета туда-обратно из Британии в Новую Зеландию первым классом. Да только такие прикидки — полная чушь. Мы, приматы, можем «сломаться» по-разному, и среди прочего нельзя недооценивать то, что мы склонны необратимо портиться под влиянием крайне высоких и крайне низких температур, перепадов атмосферного давления и парциального давления кислорода. Хотя количество кислорода, воды и еды, потребляемое человеком за день, не выглядит слишком уж внушительным (можно, наверно, ограничить его примерно 10 кг, если экономить и перерабатывать грязную воду), дополнительный вес, который потребуется, чтобы «обезьянка не испортилась», измеряется тоннами. Русский скафандр «Орлан-М» (который, по мнению многих, лучше всего, что смогло выдумать НАСА за много лет, — учтите требования десатурации!) весит 112 кг, что задает новый нижний предел требованиям к инфраструктуре. А настоящее жилище потребует гораздо большей массы. Даже при цене в $165 за килограмм все это заставит изрядно доплатить за перевес багажа во время нашего воображаемого перелета первым классом в Новую Зеландию — и я считаю, что прикидка в $165/кг в любом случае нереалистична; даже авторы процитированной статьи считают цену в $2 000 за килограмм несколько более адекватной.

 

Как ни крути, отправка одного туриста на Луну обойдется не меньше чем в $50 000 — а более реалистичная стоимость хорошо продуманного, дешевого перелета до Луны потянет на $1 000 000. И это если не брать в расчет тот факт, что потом придется везти его обратно…

 

10

 

Луна достаточно близко, чтобы мы могли контролировать их напрямую, и достаточно далеко, чтобы стоимость транспортировки человеческой пищи и удобств для человеческой жизни была буквально астрономической. Ниши для исследователей-людей на лунной базе, пожалуй, тоже найдутся — но только до тех пор, пока робототехника не достигнет более высокого уровня развития, чем сегодня. Ведь вести контроль над миссией было бы гораздо приятней, если бы для него требовалась всего лишь пара рук и камера высокого разрешения — которая не дерзит в ответ и не нуждается в перерывах на то, чтобы сходить в туалет или вздремнуть.

 

Если посмотреть на всю остальную Солнечную систему, перспектива покажется еще более невзрачной. Марс… да, в голову приходит фраза «это просто курорт», но в каталоге он в том же разделе, где пустыня Гоби. Приведу в связи с этим слова Брюса Стерлинга:

 

11

 

Иными словами, ехать туда проводить исследования — прекрасно, спору нет, да и наши роботы там уже повсюду. Но как у жилого района у Марса есть некоторые недостатки, начиная с легкой нехватки воздуха, пригодного для дыхания, и субантарктических ночных температур, и песчаных бурь скоростью в половину скорости света, и сложности работы оттуда.

 

На самом деле существует достаточно веская причина для отправки исследователей-людей на Марс. И эта причина — расстояние: задержка скорости света на сроки до 30 минут означает, что дистанционное управление роботами на поверхности Марса чрезвычайно энергозатратно. Либо нам нужны автономные базы, способные принимать задачи и выполнять их без прямого человеческого контроля, либо космонавты, на орбите или на поверхности планеты, которые будут управлять работой этой толпы роботов.

 

С другой стороны, Марс изрядно дальше, чем Луна, и гравитационный колодец у него глубже. Все это повышает стоимость транспортировки одного килограмма груза до поверхности Марса. Возможно, FedEx понизит цены до $20 000 за килограмм, но я не очень-то на это рассчитываю.

 

Позволю себе повториться: на ракетах мы туда не полетим. По крайней мере на обычных — и пока в глубоком космосе есть место для ядерных двигателей, в целом существует зависимость между мгновенным значением силы тяги и эффективностью: чем более эффективен мотор — тем меньше реальная тяга. Некоторые технологии, например электромагнитные ускорители с изменяемым удельным импульсом, обладают достаточной приспособляемостью, но в целом они не годятся для того, чтобы переправлять нас с поверхности Земли на орбиту: они пригодны только для перевозки грузов с низкой орбиты Земли на внешнюю.

 

Опять же, как и в случае с межзвездной колонизацией, есть и другие варианты. Космические лифты — если мы их построим — сведут на нет многие из описанных выше проблем. Анализ затрат на энергию космических лифтов предполагает, что минимальная стоимость транспортировки одного килограмма груза до геостационарной орбиты составит всего лишь $350, и без всякой волшебной палочки (помимо, разумеется, огромных затрат на материалы и всех инженерных проблем, связанных с постройкой такого лифта). Так что, может быть, и существует перспектива орбитальных каникул в невесомости — за определенную плату.

 

12

 

Так что в перспективе космические лифты могут дать нам возможность за разумные деньги попадать в космос, в том числе и совершать увеселительные поездки на Луну, дешевле, чем за $100 000 на сегодняшние деньги. При таких раскладах поселение на Луне начинает выглядеть экономически оправданным. За одним исключением.

 

Мы — люди. Мы эволюционировали, чтобы жить и процветать в весьма специфической среде, которая существует, может быть, на 10 % поверхности нашей родной планеты (Земля — это на 70 % океан; и хотя мы научились, правда не без специальных приспособлений, выживать в чрезвычайно неблагоприятных условиях, будь то Крайний Север, пустыни или горы, но благоденствовать там мы не умеем). Космос сам по себе — совершенно непригодное для человеческой жизни место. Простой сбой давления способен убить команду космического корабля в считаные минуты, и это не единственная угроза. Космическая радиация представляет серьезный риск для долгосрочных межпланетных экспедиций, и, в отличие от солнечной радиации или радиации корональных выбросов массы, энергия частиц, о которых идет речь в данном случае, сильно усложняет защиту астронавтов. Ну и, наконец, продолжительность путешествий: два с половиной года до системы Юпитера, шесть месяцев до Марса.

 

В наши дни эти проблемы рассматриваются с различных сторон, в том числе с точки зрения медицины: имеет ли значение то, что космическая радиация при длительном воздействии вызывает рак, если мы умеем его лечить без побочных эффектов? Или еще лучше: если сероводородная «спячка» окажется технологией, применимой к людям, можно будет проспать весь перелет. Но даже если и так — подойдя к вопросу с практической точки зрения, обнаруживаешь, что на горизонте не маячит никакой экономически оправданной активности, которая требовала бы от людей поселиться на далекой планете или астероиде и прожить там до конца своих дней. В целом, когда нам нужно добывать ресурсы во враждебной среде, мы скорее строим инфраструктуру для добычи (например, нефтяные платформы), чем спешим переехать туда всей семьей. Обычно специалисты отправляются в долгую рабочую смену, а на время отпуска возвращаются домой. В конечном итоге никакого там нет — только вой диких североатлантических штормов и ледяная вода, которая убьет вас через пять минут пребывания в ней. Я утверждаю, что это самая близкая параллель к тому, что ждет нас во время межпланетной колонизации. Тяжелые грузы будут, в большинстве своем, отправляться за миллионы километров от Земли при помощи роботов под надзором специалистов-людей, которые будут спать и видеть, как они вернутся домой и получат премию за сложные условия работы. А ближе к дому будет медленно нарастать коммерциализация космоса, двигательной силой которой станет наша растущая зависимость от «ближнего космоса» — для нужд коммуникаций, навигации, прогнозирования погоды и — в зачаточной стадии — космического туризма. Но марсианскому городу под куполом придется подождать, пока одна-две волшебные палочки не изменят климат или пока род человеческий не переродится и не станет более приспособлен к счастливой жизни в суровом безвоздушном пространстве.

 

13

blog comments powered by Disqus

Добавить комментарий



Последние посты