Пенсионный советник
Лекция по астрономии

Галактическая энциклопедия - 2. Помощь со звёзд

Вторая часть лекции об элегантном способе обмена информацией между цивилизациями

Лектор: 31.01.2008, 08:54
Рисунки: Joe Bergeron, автор.

В первой части «Галактической энциклопедии» Владимир Сурдин рассказал, как обменяться с другой цивилизацией сразу всеми накопленными знаниями. Как «бесплатно» разогнать зонды-энциклопедии до 100 тысяч километров в секунду — читайте во второй, заключительной части лекции.


Реактивный двигатель, в принципе, позволяет разгонять даже крупные аппараты до околосветовых скоростей. Уже существует несколько проектов термоядерных звездолетов, из которых наиболее проработанный, дает возможность за десятки лет достичь соседних звезд. Это английский Daedalus («Дедал»), изображённый на заглавном рисунке к этой части лекции. Но стоимость одного такого корабля фантастическая. Он совершенно не пригоден для массовой рассылки легкой «галактической энциклопедии» во все уголки Галактики.

При массовом запуске небольших зондов существенно сократить затраты может электромагнитный ускоритель, прототип которого был создан в рамках программы стратегической оборонной инициативы еще 20 лет назад. Расположив электромагнитную катапульту в космическом пространстве и снабдив ее солнечными батареями, вырабатывающими электричество, мы получим очень эффективный аппарат для запуска беспилотных зондов к звездам.

Однако, в любом случае, трудно ожидать, что в ближайшей перспективе скорость зонда, покидающего Солнечную систему, составит более 100 - 200 км/с.

При такой скорости для достижения ближайших звезд потребуются тысячелетия, с чем еще можно было бы смириться. Но для распространения в пределах Галактики столь «тихоходным» зондам потребуются многие миллионы лет, а это уже превосходит время эволюции человечества.

Существует ли способ добавить зондам скорость, разогнать их до тысяч километров в секунду, желательно, не расходуя на это дополнительных усилий? Если вы ответите на это, что «бесплатный сыр бывает только в мышеловке», то ошибетесь.


Искусство управления заключается в том, чтобы чужие усилия направить на собственное благо. В космонавтике этот принцип реализуется в виде так называемого гравитационного маневра. Уже несколько десятилетий он успешно применяется в пределах Солнечной системы. Например, его использовали в экспедициях автоматических аппаратов Voyager по маршруту Земля-Юпитер-Сатурн-Уран-Нептун, а также для перелета зонда Cassini-Huygens по маршруту Земля-Венера-Венера-Земля-Юпитер-Сатурн. Совсем недавно такой манёвр вблизи Меркурия совершил космический аппарат MESSENGER.

Суть гравитационного маневра в том, что пролет мимо каждой промежуточной планеты планируется таким образом, чтобы ее притяжение ускоряло зонд и сообщало ему направление движения, обеспечивающее сближение со следующей планетой. При этом добавка к скорости зонда при удачно спланированном маневре может достигать удвоенной скорости движения планеты, вблизи которой он пролетает.

Но чем звезды хуже планет? Ничем! Они даже лучше: их притяжение сильнее, а скорости движения быстрее, чем у планет. Межзвездный гравитационный маневр - это идеальный природный источник энергии для нашего информационного зонда! Причем его работоспособность уже давно доказана самой природой.

Обмен энергией между близко пролетающими звездами регулярно происходит в плотных звездных скоплениях. При этом в результате гравитационного взаимодействия одни звезды случайно приобретают дополнительную скорость, другие тормозятся. Некоторым звездам удается несколько раз подряд случайно увеличить свою скорость (бывают же люди, подряд выигрывающие в казино). Такие звезды, набрав большую скорость, вылетают из родительского скопления навсегда. (Как тут вновь не вспомнить про казино!)

Астрономы хорошо изучили этот процесс «испарения» звезд из скоплений. Но поскольку он носит случайный характер, в природе на это требуются миллионы и даже миллиарды лет.

Однако, если гравитационное взаимодействие осуществляется целенаправленно, то сроки разгона управляемого объекта существенно сокращаются.

Стратегия межзвездного гравитационного маневра вполне очевидна. На дальних подступах к очередной звезде автопилот зонда намечает из числа ближайших звезд следующую, движущуюся ему навстречу, и так корректирует траекторию сближения аппарата с первой звездой, чтобы гравитационный маневр рядом с ней не только добавил ему скорость, но и направил в сторону второй звезды. Если коррекция траектории происходит достаточно далеко от точки сближения, то для этого требуется мизерное количество топлива или вообще не требуется топлива, как мы увидим ниже.


Детальные расчеты показывают, что для межзвездных гравитационных маневров наиболее привлекательны компактные объекты - белые карлики и нейтронные звезды, способные разогнать зонд вплоть до 100 тысяч км/с. Полет с такой скоростью от Земли до Альфы Центавра занял бы всего 12 лет. Вот это скорость!

А сколько времени понадобится зонду, чтобы, перелетая от звезды к звезде, набрать максимальную скорость? Тут мы встречаемся с серьезной проблемой. В окрестности Солнца звезды в пространстве разбросаны редко, поэтому нашему зонду для разгона понадобится порядка 100 тысяч лет. Но время разгона значительно короче в тех местах Галактики, где звезды живут скученно, например, в шаровых звездных скоплениях (около 10 тысяч лет) и в ядре Галактики (всего 100 лет).

Поэтому именно оттуда можно ожидать прибытия в Солнечную систему межзвездных посланников.

В принципе, возможны и более изощренные варианты гравитационного ускорения межзвездных зондов. Например, астрономам известны двойные звездные системы, состоящие из нейтронной звезды и белого карлика. Эти компактные звезды обращаются по орбите со скоростью более 1000 км/с. Сближение с одним из компонентов такой системы сразу может добавить к скорости зонда около 2000 км/с! Особенно часто такие системы должны встречаться в ядрах шаровых скоплений. Вообще, нужно заметить, что центральные части шаровых скоплений - чрезвычайно привлекательные места для цивилизаций, делающих первые шаги на пути колонизации космоса.

Если информационный зонд направляется в конкретную звездную систему, то его нужно не только разогнать в начале пути, но и затормозить в конце. Торможение происходит точно так же, как разгон, только встречные звезды выбираются из условия «отбора» энергии у зонда (для этого в момент сближения он должен догонять звезду). Особенно эффективны в этом смысле перелеты из одного звездного скопления в другое: быстро набрав скорость внутри родного скопления, зонд с максимальной скоростью добирается до намеченного скопления и там интенсивно тормозится. Если такая система уже действует или будет когда-нибудь действовать, то 150 шаровых скоплений нашей Галактики можно будет уподобить станциям скоростного метрополитена, обеспечивающего перемещение информационных посланников между отдельными районами Галактики. Преодолев основное расстояние и «выйдя со станции», то есть, покинув плотное звездное скопление, зонд сможет уже тихим ходом добраться до одной из ближайших звезд.

Итак, гравитационный маневр вблизи звезд представляется приемлемым методом массовой рассылки информационных зондов в пределах Галактики. С точки зрения отправителей он особенно эффективен для обитателей плотных звездных систем - шаровых скоплений и ядер галактик. А с точки зрения вообще всех обитателей Галактики эффективность этого метода указывает на необходимость поиска таких зондов в своих собственных планетных системах, в том числе - в Солнечной системе.

Нам осталось обсудить последний, но очень важный вопрос - как бортовой компьютер сможет управлять зондом в полете.


Использование гравитационного маневра требует точных методов навигации и коррекции траектории полета. Методы звездной навигации разработаны уже давно; ими активно пользуются в практической космонавтике. А вот для коррекции траектории зонда требуются новые идеи. Было бы неразумно обременять информационный зонд запасами горючего.

Если мы смогли использовать для разгона зонда гравитационную энергию звезд, то нельзя ли с их помощью осуществлять и управление полетом зонда?

Можно. Ведь звезды еще и светят.

Возможность использования звездного излучения для коррекции траектории полета дает нам малоизвестный пока в практической космонавтике эффект Ярковского. Его причиной служит импульс отдачи, вызванный переизлучением звездного тепла с поверхности пролетающего мимо звезды объекта. Этот эффект был предсказан российским инженером Иваном Осиповичем Ярковским в конце XIX века, но обнаружился в движении искусственных спутников Земли и астероидов только век спустя.

Действие эффекта Ярковского в основном определяется направлением вращения объекта. Если он вращается так, что нагретая звездой сторона поверхности смещается назад (относительно направления полета), то отдача от излучаемого с поверхности тепла подталкивает объект вперед, разгоняет его. Если же нагретая звездой сторона смещается вращением вперед, то сила Ярковского тормозит объект. При желании, импульс отдачи можно направить в любую сторону, если правильно организовать перенос тепла по поверхности аппарата (для этого даже не обязательно вращать его). Так что эффект Ярковского способен влиять на все орбитальные параметры аппарата.

В природе эффект Ярковского был замечен несколько лет назад: он влияет на движение астероидов размером менее километра и его приходится учитывать в астрономических расчетах.

Очевидно, что искусственный мозг межзвездного зонда сможет без труда управлять силой Ярковского. В простейшем случае достаточно разным частям аппарата придать разный цвет: черный - чтобы падающие лучи нагревали поверхность, и белый - чтобы лучи отражались. Взаимно перемещая эти части во время пролета вблизи звезды, компьютер обеспечит управление полетом. Возможны и другие варианты, например, с использованием жидкого теплоносителя, перемещающего тепло по поверхности аппарата. При этом сила Ярковского может быть использована с максимальной эффективностью.


Итак, идея межзвездной связи, основанная на рассылке «космической энциклопедии» с помощью зонда-вестника Брейсуэлла, получает развитие. Создание миниатюрной энциклопедии, содержащей весь информационный багаж человечества, уже сегодня выглядит технически осуществимым. Использование электромагнитного ускорителя, гравитационного маневра в поле тяготения звезд и управления зондом с помощью эффекта Ярковского дает принципиальную возможность свести к минимуму энергетические затраты при массовой рассылке подобных зондов.

Не расходуя запасы топлива для коррекции орбиты, такой зонд может чрезвычайно долго путешествовать в Галактике, сохраняя «информационный портрет» пославшей его цивилизации.

Более того, информационный багаж зонда будет постоянно обогащаться детальными данными о тех звездах, с которыми он сближался в ходе гравитационных маневров.

Идея информационного посланника настолько заманчива, что не может долго оставаться нереализованной. Новые научные принципы и технические решения делают эту идею все более осуществимой, а отсутствие радиосигналов от иных цивилизаций делают ее все более насущной. Не исключен вариант, что в каждый момент времени в Галактике существует не более одной технически развитой цивилизации. В этом случае узкие «информационные фронты» электромагнитных сообщений, пересекающие Галактику за короткое время (порядка 10 тысяч лет), вообще не имеют шанса быть принятыми.

Информационный зонд дает единственную альтернативу передать сообщение не только в пространстве, но и во времени, и не только цивилизациям иных звезд, но и тем, которые сменят нас в окрестности Солнца. Подобные зонды нужно искать и создавать самим.