Через тернии к звездам
Что-то последнее время фантазеров и мечтателей развелось. Все мечтают взять да и срочно отправится, не, не на Марс - это мелко! Берите дальше, больше и выше - сразу к звездам!
И ладно, когда эту канюлю тянет профессиональный конспиролог Розов. Для него это нормально. Но когда вроде на первый взгляд приличные люди, не упоротые гуманитарии, начинают требовать немедленной отправки звездного десанта, то это уже внушает недоумение и тревогу за психическое здоровье общества. В посте у одного такого френда была у меня дискуссия. В общем, лень народу задуматься и посчитать, насколько это возможно технически на данном этапе развития цивилизации и в ближайшей перспективе.
А мне вот не лень, я взял и посчитал, чем сейчас с вами и поделюсь.
Первое, с чего надо начать, это со звездолета. Вот сколько он должен весить, если лететь до Альфы Центавра примерно планируется 40 лет? По глубокому космосу, между прочим, с очень сильным излучением. И по прилету надо изучить местные планетные системы, если повезет найти подходящую, то высадить десант и начать колонизацию.
Поэтому я посмотрел, сколько же весят современные морские корабли. Самый большой авианосец вести примерно 100'000 тонн. Я считаю, что эту массу можно взять за оптимистичную нижнюю границу оценки массы такого звездолета. Скорее всего звездолет должен весить больше, но вот меньше - вряд ли.
Дальше расчет очень простой, основанный на законе сохранения энергии. То есть что бы долететь до ближайшей звезды, нам нужно преодолеть силу притяжения Солнца (планеты можно не учитывать, так как их масса на фоне Солнца не сильно влияет на эту оценку), а также учесть кинетическую энергию звездолета, которую он должен получить, что бы двигаться со скоростью 0.1с (с- скорость света).
И тут нужно не забыть, что потом, у места назначения, нам придется тормозить, а тормозить нам не обо что. Физически не обо что, вакуум же. Поэтому тормозить придется тем же ракетным двигателем, гравитационные маневры не помогут, пока скорость столь велика. Поэтому по прибытию нам нужно потратить примерно ту же энергию на торможение.
Итак, стартуем. Энергию на преодоление силы притяжения Солнца можно посчитать исходя из гравитационного потенциала
Ноль - это потенциал на большом удалении от Солнца, а так как мы и в самом деле будет далеко от него, то можем условно считать именно так. Подставляем в качестве M массу Солнца 1.99e30 кг, m масса звездолета 1e8 кг, получаем энергии 8.87e16 Дж, или 24.6e9 кВт*ч энергии. Много это или мало? Да в общем не важно, так как у нас еще есть кинетическая энергия! Давайте-ка сначала её прикинем, перед тем как сравнивать.
Кинетическую энергию надо рассчитывать исходя из СТО, так как скорость оказывается достаточно большой, сравнимой со скоростью света. Поэтому используем формулу из СТО
Подставляем значения и получаем 4.53e22 Дж, то есть на четыре порядка больше, чем нужно, что бы преодолеть солнечное притяжение. Таким образом, в основном энергия нам понадобится на разгон звездолета.
С учетом того, что основные звезды созвездия Центавра имеют сравнимую с Солнцем массу, то на торможение потребуется примерно столько же энергии, и получаем что общий расход энергии на такое путешествие составит 9.07e22 Дж.
А вот теперь оценим, много это или мало. Требуемая мощность для разгона/торможения составит 30 млн. ГВт, то есть энергоустановка звездолета должна выдавать такую мощность. Если в качестве топлива использовать уран, то его на путешествие потребуется 9.07e22/76.6e12 = 1184073107 кг = 1.18 млн. тонн урана! 76.6e12 Дж - это теоретическая энергоемкость урана.
Разведанные запасы урана на текущий момент на всей планете составляют 6.15 млн. тонн, то есть в принципе попытаться снарядить топливом такой звездолет мы можем и сейчас. А вот мощность всех имеющихся электростанций мира составляет 2 млн ГВт, то есть если собрать все электростанции в мире, то их мощности будет недостаточно, что бы разогнать наш звездолет до требуемой скорости с ускорение в 1g. Даже если всем жителям Земли обрубить свет, то все равно не удастся. Нужна мощность в 15 раз больше, чем сейчас есть у всей планеты.
Отсюда возникает вторая проблема. Мы определили, что масса звездолета составляет 100 тыс. тонн, однако одного только топлива нам нужно для путешествия больше 1 млн. тонн, то есть тогда и корабль должен весить больше 1 млн. тонн. Но тогда и энергии для его разгона потребуется в 10 раз больше, а значит, и больше топлива. А сколько будет весить электростанция,которая производит в 15 раз большую мощность, чем все электростанции Земли, вместе взятые, вообще трудно представить. Одно цепляется за другое и получается, что поймать свой собственный хвост не получится.
В общем, мои расчеты подтвердили давно известный факт: с помощью существующих технологий невозможно создать звездолет, движущийся с релятивистскими скоростями. И в ближайшем времени они точно не появятся. А ведь я исходил из того, что и производство энергии, и двигатель звездолета работают с КПД 100%, однако такие устройства в реальности невозможны. А значит, массы и топлива, и энергостанции должны быть еще больше. Плюс еще одна проблема: классические ракетные двигатели, даже на ядерном топливе, не способны придать звездолету ускорение достаточное для достижения релятивистских скоростей.
В дискуссии мне предлагали гораздо более экзотические варианты двигателя, в частности фотонные. Но там есть другая засада, которая делает точно также межзвездные перелеты технически невозможными. Но об этом я расскажу как-нибудь в другой раз.
Максимум, на что способна цивилизация в данный момент времени: искусственная панспермия. То есть мы можем создать автоматический десантный корабль, который будет лететь до Центавра много тысяч лет. На борту которого будет храниться законсервированный генетический материал. По прилету в автоматическом режиме звездолет ищет подходящие для колонизации планеты, определяет программу расконсервирования жизни, запускает и реализует контроль. Если жизнь укореняется на планете, на последнем этапе выращиваются клоны человека, обучаются и воспитываются опять же каким-то автоматом роботами-гуманоидами и приступают к самостоятельному существованию. И все это только если повезет много раз подряд, без какой-либо гарантии успеха и скорее всего без обратной связи.
А о межзвездных путешествии реальных живых людей не может быть и речи.
Экономическая целесообразность такого проекта... Ну, её просто нет и никогда не будет в обозримом будущем. Такой целесообразности нет даже для создания обитаемых баз в Солнечной системе. По крайней мере пока на Земле есть место для жизни. Ведь любая, самая непригодная для жизни местность на Земле все равно на несколько порядков лучше, чем на Луне или на Марсе. Потому что на Земле есть пригодная для жизни атмосфера и очень низкий уровень естественной радиации.
Если ваше жилище будет разрушено, практически в любом месте Земли вы сможете продержаться достаточное время для спасения с минимальными усилиями. А во многих местах просто сможете продолжать жить, может быть, не так комфортно, но безо всяко спасения. На Луне или Марсе любое подобное ЧП (например, трещина в стенах) с высокой вероятностью приведет к уничтожению базы. И единственный вариант жить на этих небесных телах - зарыться в землю. Кротолюди какие-то получаются.
Маск хочет отправить колонизировать Марс 1 миллион человек. Серьезно? А женщины смогут там рожать? А если смогут, насколько будет жизнеспособно потомство? И совершенно точно такое потомство никогда не сможет вернуться на Землю. Просто потому что это будет связано для них со смертельным риском, ведь сила тяжести на Марсе почти в три раза меньше, чем на Земле. На Луне так вообще в шесть раз меньше. Люди, рожденные и выросшие там, при приземлении будут задыхаться, не смогут ходить и вообще не факт, что их ослабленный скелет выдержит земное тяготение.
А с учетом радиации и отличной силы тяжести через 1000 лет вполне вероятно наш вид разделится и появятся самые настоящие марсиане и лунатики, генетически не совместимые с землянами.
Под большим вопросом и практическая целесообразность создания безлюдных, автоматических баз. Там, в космосе, должно быть что-то невообразимо ценное, что невозможно создать или добыть на Земле или околоземной орбите. Просто потому что транспортные издержки по перемещению грузов между Землей и любым другим небесным телом запредельно высоки.
Единственная приемлемая цель создания автоматических баз - научные исследования.
Так что мечтателям и фантазерам остается только мечтать. Впрочем, мечтать не вредно - вредно не мечтать. Но только зачем же себя так ограничивать? Если с практической точки зрения полеты на звездолетах точно также невозможны, как и нуль-транспортировка, то гораздо лучше дрочить на неё мечтать о ней. По крайней мере, с её помощью можно перемещаться практически мгновенно в любую точку вселенной.
И ладно, когда эту канюлю тянет профессиональный конспиролог Розов. Для него это нормально. Но когда вроде на первый взгляд приличные люди, не упоротые гуманитарии, начинают требовать немедленной отправки звездного десанта, то это уже внушает недоумение и тревогу за психическое здоровье общества. В посте у одного такого френда была у меня дискуссия. В общем, лень народу задуматься и посчитать, насколько это возможно технически на данном этапе развития цивилизации и в ближайшей перспективе.
А мне вот не лень, я взял и посчитал, чем сейчас с вами и поделюсь.
Первое, с чего надо начать, это со звездолета. Вот сколько он должен весить, если лететь до Альфы Центавра примерно планируется 40 лет? По глубокому космосу, между прочим, с очень сильным излучением. И по прилету надо изучить местные планетные системы, если повезет найти подходящую, то высадить десант и начать колонизацию.
Поэтому я посмотрел, сколько же весят современные морские корабли. Самый большой авианосец вести примерно 100'000 тонн. Я считаю, что эту массу можно взять за оптимистичную нижнюю границу оценки массы такого звездолета. Скорее всего звездолет должен весить больше, но вот меньше - вряд ли.
Дальше расчет очень простой, основанный на законе сохранения энергии. То есть что бы долететь до ближайшей звезды, нам нужно преодолеть силу притяжения Солнца (планеты можно не учитывать, так как их масса на фоне Солнца не сильно влияет на эту оценку), а также учесть кинетическую энергию звездолета, которую он должен получить, что бы двигаться со скоростью 0.1с (с- скорость света).
И тут нужно не забыть, что потом, у места назначения, нам придется тормозить, а тормозить нам не обо что. Физически не обо что, вакуум же. Поэтому тормозить придется тем же ракетным двигателем, гравитационные маневры не помогут, пока скорость столь велика. Поэтому по прибытию нам нужно потратить примерно ту же энергию на торможение.
Итак, стартуем. Энергию на преодоление силы притяжения Солнца можно посчитать исходя из гравитационного потенциала
Ноль - это потенциал на большом удалении от Солнца, а так как мы и в самом деле будет далеко от него, то можем условно считать именно так. Подставляем в качестве M массу Солнца 1.99e30 кг, m масса звездолета 1e8 кг, получаем энергии 8.87e16 Дж, или 24.6e9 кВт*ч энергии. Много это или мало? Да в общем не важно, так как у нас еще есть кинетическая энергия! Давайте-ка сначала её прикинем, перед тем как сравнивать.
Кинетическую энергию надо рассчитывать исходя из СТО, так как скорость оказывается достаточно большой, сравнимой со скоростью света. Поэтому используем формулу из СТО
Подставляем значения и получаем 4.53e22 Дж, то есть на четыре порядка больше, чем нужно, что бы преодолеть солнечное притяжение. Таким образом, в основном энергия нам понадобится на разгон звездолета.
С учетом того, что основные звезды созвездия Центавра имеют сравнимую с Солнцем массу, то на торможение потребуется примерно столько же энергии, и получаем что общий расход энергии на такое путешествие составит 9.07e22 Дж.
А вот теперь оценим, много это или мало. Требуемая мощность для разгона/торможения составит 30 млн. ГВт, то есть энергоустановка звездолета должна выдавать такую мощность. Если в качестве топлива использовать уран, то его на путешествие потребуется 9.07e22/76.6e12 = 1184073107 кг = 1.18 млн. тонн урана! 76.6e12 Дж - это теоретическая энергоемкость урана.
Разведанные запасы урана на текущий момент на всей планете составляют 6.15 млн. тонн, то есть в принципе попытаться снарядить топливом такой звездолет мы можем и сейчас. А вот мощность всех имеющихся электростанций мира составляет 2 млн ГВт, то есть если собрать все электростанции в мире, то их мощности будет недостаточно, что бы разогнать наш звездолет до требуемой скорости с ускорение в 1g. Даже если всем жителям Земли обрубить свет, то все равно не удастся. Нужна мощность в 15 раз больше, чем сейчас есть у всей планеты.
Отсюда возникает вторая проблема. Мы определили, что масса звездолета составляет 100 тыс. тонн, однако одного только топлива нам нужно для путешествия больше 1 млн. тонн, то есть тогда и корабль должен весить больше 1 млн. тонн. Но тогда и энергии для его разгона потребуется в 10 раз больше, а значит, и больше топлива. А сколько будет весить электростанция,которая производит в 15 раз большую мощность, чем все электростанции Земли, вместе взятые, вообще трудно представить. Одно цепляется за другое и получается, что поймать свой собственный хвост не получится.
В общем, мои расчеты подтвердили давно известный факт: с помощью существующих технологий невозможно создать звездолет, движущийся с релятивистскими скоростями. И в ближайшем времени они точно не появятся. А ведь я исходил из того, что и производство энергии, и двигатель звездолета работают с КПД 100%, однако такие устройства в реальности невозможны. А значит, массы и топлива, и энергостанции должны быть еще больше. Плюс еще одна проблема: классические ракетные двигатели, даже на ядерном топливе, не способны придать звездолету ускорение достаточное для достижения релятивистских скоростей.
В дискуссии мне предлагали гораздо более экзотические варианты двигателя, в частности фотонные. Но там есть другая засада, которая делает точно также межзвездные перелеты технически невозможными. Но об этом я расскажу как-нибудь в другой раз.
Максимум, на что способна цивилизация в данный момент времени: искусственная панспермия. То есть мы можем создать автоматический десантный корабль, который будет лететь до Центавра много тысяч лет. На борту которого будет храниться законсервированный генетический материал. По прилету в автоматическом режиме звездолет ищет подходящие для колонизации планеты, определяет программу расконсервирования жизни, запускает и реализует контроль. Если жизнь укореняется на планете, на последнем этапе выращиваются клоны человека, обучаются и воспитываются опять же каким-то автоматом роботами-гуманоидами и приступают к самостоятельному существованию. И все это только если повезет много раз подряд, без какой-либо гарантии успеха и скорее всего без обратной связи.
А о межзвездных путешествии реальных живых людей не может быть и речи.
Экономическая целесообразность такого проекта... Ну, её просто нет и никогда не будет в обозримом будущем. Такой целесообразности нет даже для создания обитаемых баз в Солнечной системе. По крайней мере пока на Земле есть место для жизни. Ведь любая, самая непригодная для жизни местность на Земле все равно на несколько порядков лучше, чем на Луне или на Марсе. Потому что на Земле есть пригодная для жизни атмосфера и очень низкий уровень естественной радиации.
Если ваше жилище будет разрушено, практически в любом месте Земли вы сможете продержаться достаточное время для спасения с минимальными усилиями. А во многих местах просто сможете продолжать жить, может быть, не так комфортно, но безо всяко спасения. На Луне или Марсе любое подобное ЧП (например, трещина в стенах) с высокой вероятностью приведет к уничтожению базы. И единственный вариант жить на этих небесных телах - зарыться в землю. Кротолюди какие-то получаются.
Маск хочет отправить колонизировать Марс 1 миллион человек. Серьезно? А женщины смогут там рожать? А если смогут, насколько будет жизнеспособно потомство? И совершенно точно такое потомство никогда не сможет вернуться на Землю. Просто потому что это будет связано для них со смертельным риском, ведь сила тяжести на Марсе почти в три раза меньше, чем на Земле. На Луне так вообще в шесть раз меньше. Люди, рожденные и выросшие там, при приземлении будут задыхаться, не смогут ходить и вообще не факт, что их ослабленный скелет выдержит земное тяготение.
А с учетом радиации и отличной силы тяжести через 1000 лет вполне вероятно наш вид разделится и появятся самые настоящие марсиане и лунатики, генетически не совместимые с землянами.
Под большим вопросом и практическая целесообразность создания безлюдных, автоматических баз. Там, в космосе, должно быть что-то невообразимо ценное, что невозможно создать или добыть на Земле или околоземной орбите. Просто потому что транспортные издержки по перемещению грузов между Землей и любым другим небесным телом запредельно высоки.
Единственная приемлемая цель создания автоматических баз - научные исследования.
Так что мечтателям и фантазерам остается только мечтать. Впрочем, мечтать не вредно - вредно не мечтать. Но только зачем же себя так ограничивать? Если с практической точки зрения полеты на звездолетах точно также невозможны, как и нуль-транспортировка, то гораздо лучше дрочить на неё мечтать о ней. По крайней мере, с её помощью можно перемещаться практически мгновенно в любую точку вселенной.