Звёзды далеко. Вытекающие из этого проблемы

Все проблемы связаны с тем, что другие звёзды слишком далеко, а мы летаем слишком медленно. Ближайшая к нам звезда - Альфа Центавра - находится в 4 световых годах. Ещё десяток ближайших звёзд - в пределах 10 световых лет, и ещё несколько десятков - в пределах 15 световых лет: https://ru.wikipedia.org/wiki/Список_ближайших_звёзд

Между тем, самый быстрый космический аппарат из когда-либо запущенных - "Вояджер" - удаляется от Солнечной системы со скоростью 17 км/с. Несложно посчитать, что до Альфы Центавра он будет лететь 20 тысяч лет. Долговато - явно надо ускоряться.

Есть 4 способа ускорения полёта к другим звёздам:

1) Традиционный способ - разгон с помощью реактивного движения. Это самый простой вариант, но он сталкивается с проблемой топлива - его нужно оооочень много.

2) Взрыволёт - корабль, оснащённый запасом водородных бомб, которые выбрасывает назад во время движения, они взрываются за кормой и ускоряют его движение (проект "Дедал"). Звучит жутковато, но при современных технологиях это самый реалистичный вариант полёта к другим звёздам.

3) Ускорение с помощью солнечного паруса. Такое ускорение - довольно маленькое, но оно может накапливаться долго, пока корабль удаляется от Солнца. Но количество света при удалении от Солнца падает обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому нормальную скорость так не набрать.

4) Ускорение с помощью лазеров, толкающих космический корабль. Опять же, энергия лазера рассеивается обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому как следует так не разогнаться.

Думаю, все реалистичные проекты будут основаны на 1-м или 2-м принципе. 3-й и 4-й годятся для полётов внутри Солнечной системы, но для межзвёздных перелётов не дадут достаточной скорости.

Но, даже если мы достигнем очень большой скорости, возникает ещё две проблемы. Во-первых, максимальная скорость полёта, как ни крути, ограничена скоростью света. Теорию относительности так просто не обмануть.

Есть идея быстрых "скачков" на большие расстояния с помощью "кротовых нор" (они же червоточины) - но эти червоточины надо ещё создать. А для этого надо как минимум долететь до противоположного конца червоточины - это, если забыть про необходимость просто необъятного количества энергии для поддержания червоточины и другие проблемы, которые непонятно, как решать. Кроме того, для поддержания червоточины нужно вещество с отрицательной гравитацией – неизвестно, существует ли оно в природе.

Таким образом, даже в лучшем случае до ближайших звёзд нужно лететь лет 5-10, и ещё столько же времени – обратно.

Ещё одна проблема, которую многие недооценивают - межзвёздный газ. Он очень разреженный и выглядит безобидно - но при разгоне до околосветовых скоростей частицы газа превращается в смертоносные космические лучи. Проще говоря, мы получаем набегающий поток радиации. Единственная реально работающая защита от радиации - поставленный перед космическим кораблём толстый щит. Но он прилично весит, что ещё увеличивает необходимое количество топлива.

Некоторые предварительные оценки и о необходимости смены мировоззрения

Для начала, примерно оценю порядок цифр: какую скорость можно набрать и сколько времени лететь хотя бы к ближайшим звёздам. До Альфы Центавры - 4 световых года. Возможно, и даже очень вероятно, что мы найдём коричневых карликов (маленькие тусклые звёзды) и более близко к Земле. Но никто не гарантирует, что возле этих звёзд будут интересные планеты или планеты, пригодные для жизни. Скорее всего, что-то интересное можно будет найти среди десятков звёзд в радиусе 10-15 световых лет.

Чтобы добраться туда хотя бы течение жизни человека, надо набрать скорость, сравнимую со скоростью света. В таких случаях используется теория относительности. Но, поскольку оценки предварительные и примерные, я пока обойдусь классической ньютоновской механикой. Как выяснится дальше, для близких звёзд теория относительности не сильно меняет порядок цифр - всё кардинально меняется только для далёких звёзд.

Итак, кораблю надо разогнаться от нулевой скорости до близкой к скорости света. Количество топлива, необходимое для реактивного разгона, определяется по формуле Циолковского. При этом, если мы разгоняемся в пустоте, при отсутствии других сил, важна только начальная и конечная скорость. Если же кораблю надо преодолеть гравитационное поле планеты или звезды, чем дольше он находится в гравитационном поле, тем сильнее замедляется и тем больше ему нужно дополнительного топлива для набора конечной скорости.

Поскольку кораблю надо будет преодолеть гравитационное поле Солнца, лучше разгоняться как можно скорее. Но, если полетят люди, разгон с ускорением больше ускорения свободного падения создаст слишком сильную перегрузку, которую людям будет тяжело выдерживать долгое время. Поэтому лучше всего разгоняться с ускорением 1g = 10 метров в секунду за секунду, а потом, при подлёте к звезде, замедляться с таким же ускорением. При этом скорость, равная скорости света, с точки зрения ньютоновской механики, будет набрана примерно за год - а потом будет ещё год замедления, когда перегрузка будет работать в обратную сторону. Из-за этого к звезде, до которой 4 световых года, придётся лететь 5 лет (1 год ускорения, 3 года полёта с постоянной скоростью в невесомости и ещё 1 год замедления).

Автоматические аппараты, конечно, могут ускоряться быстрее, поэтому у них промежуток ускорения и замедления будет меньше.

Таким образом, полёт до какой-нибудь интересной звезды и обратно займёт, скорее всего, в районе 20-30 лет. Никакие супер-продвинутые технологии не помогут сократить это время. Законы физики одни и те же, что в 2000, что в 3000 году (да, и расчёт с точки зрения теории относительности только ухудшит эту оценку).

В общем, для межзвёздных полётов человечеству будет необходимо сверхдолгосрочное планирование. Никогда в истории человечества люди не путешествовали такой долгий срок. Плавания Колумба занимали несколько месяцев, кругосветное путешествие Магеллана - 3 года. Русские путешественники добирались до Камчатки 1-2 года. До Луны и обратно люди летели около недели. А для полётов к звёздам потребуется кардинально новое мышление. Люди, которые будут готовить полёт, должны быть готовы к тому, что не увидят его результат, а космонавты, которые отправятся в полёт молодыми, вернутся стариками.

Так что мировоззрение, ориентированное на быстрый практический результат, придётся менять.