Попробуй бессмертным стать и не торопясь летать

До звезд, как известно, далеко. И потому лететь к ним долго. Проблему можно решить двумя способами: научится летать быстро и научиться жить долго. Сейчас будет про второй способ.

Диапазон скоростей от 30 км/с до 15 тыс. км/с. Границы приблизительные. Нижняя обусловлена скоростью относительного движения звезд, верхняя – продолжительностью жизни современного человека и расстоянием до ближайшей звезды. С точки зрения ракетной техники нижняя граница нам доступна уже сейчас. Нужная скорость достигается либо на ионном двигателе, либо гравитационным маневром у Юпитера. Проблема в том, что до Альфы Центавра нам так лететь 40 тысяч лет. Лично я слабо себе представляю аппаратуру способную функционировать после столь длительного полета. Банально материалы взаимно диффундируют. Корабль должен представлять собой полноценный автомат Фон Неймана и воспроизводить все свои составные части из простых веществ. А для этого ему нужна энергия, которую в межзвездном полете можно взять только из ядерного или термоядерного реактора. Которому требуется топливо на 40 тыс. лет работы.

Допустим наш зонд фон Неймана представляет собой колонию О’Нила с собственным источником энергии в котором живут космические эльфы со всем необходимым для поддержания колонии в течении тысячелетий. Массовая толщина стенок цилиндра 10 тонн на метр квадратный – чтобы обеспечить защиту от радиации близкую к защите земной атмосферы на уровне моря. Необходимые для полета системы включены в массу стенок. Масса рабочего тела не входит в 10 тонн.

На экваторе Земля получает от Солнца около 300 Вт/м2 в среднем за сутки. В году 30 миллионов секунд. Итого на каждый метр освещенной площади нужно 9 ГДж в год. Для удобства округлим до 10 ГДж. Годов у нас 40 тыс. итого получаем 400 ТДж/м2. Снижение нормы потребления света приведет к тому, что в корабле поколений нечего будет есть. Либо снижение погоды не сделает – сэкономить удастся в 2-3 раза ценой сильного ухудшения качества жизни экипажа.

Теперь посчитаем сколько будет потрачено на разгон и торможение при условии, что разгонялись ионником со скоростью истечения 60 км/с и КПД 100 % (у ионников он уже около 90 %). На каждую тонну массы конечной потребуется 1.7 тонн рабочего тела или 17 тонн на наш квадратный метр. Кинетическая энергия рабочего тела составит 30 ТДж – в 10 раз меньше, чем нужно на освещение. Увеличение скорости истечения не выгодно из-за квадрата в кинетической энергии, уменьшение – из-за экспоненты в формуле Циолковского.

И так, нам нужно 400 ТДж на квадратный метр для освещения и 30 – для разгона. Эта неожиданная диспропорция говорит нам что можно повысить скорость за счет уменьшения расхода энергии на освещение. Увеличение скорости вдвое даст 4*30 = 120 ТДж на двигатели и 200 ТДж на СЖО. Мы даже выиграли в энергии – нам теперь нужно 320 ТДж на квадратный метр, а не 430. Но уже при учетверении скорости имеем 480 ТДж уже на двигатели, но всего 100 ТДж на СЖО. В принципе разница между 430 и 580 не существенна, в отличие от 10 тыс. лет вместо 40 тыс.

Сэкономить энергию можно либо на жизнеобеспечении сделав «полуспящий» корабль в котором экипаж пробуждается скажем раз в 100 лет чтобы починить сломавшееся, либо на массе стенок заявив, что экипаж и системы не боятся радиации. Тогда в варианте полета за 40 тыс лет будем иметь 4 ТДж/м2 на жизнеобеспечение и 34 ТДж/м2 на все остальное.

От куда брать столько тераджоулей? Теоретически хватит уже освоенных ядерных реакций деления, вот только топлива понадобится (в «неспящем» варианте) около 6-8 кг на тот же квадратный метр даже без учета КПД. Да, на фоне 10 тонн конструкции это «ниочем», но у нас сотни квадратных километров и топлива соответственно нужно сотни тысяч, если не миллионы, тонн. В принципе ничего невозможного, но желательно заморочиться с использованием урана-238 в БН-реакторах, либо гибридных на реакции Джекила-Хайда. Термояд куда более перспективный источник энергии для звездолета. Для начала топлива для него нужно раз в 100 меньше. А еще он ест гораздо более распространенные легкие изотопы. Осталась сущая мелочь – научится строить термоядерные реакторы с положительным выходом энергии.

Есть, однако, и более изящное решение проблемы энергоснабжения в полете. Космос между звездами совсем не пустой. В нем летают межзвездные кометы с астероидами и даже бесхозные планетоиды. Из них совершенно точно можно добыть дейтерий и скорее всего можно найти уран, только искать придется дольше. Дело в том, что тяжелые элементы образуются при взрывах сверхновых звезд и потому весь наш уран когда-то прилетел извне. В астероидах нет гравитационной диссипации и не придется искать места выхода магмы, в которую провалились тяжелые элементы. Так что сотни тысяч тонн ядерного топлива можно добывать в течении всего полета с мимокрокодящих астероидов. Возникает лишь вопрос зачем вообще нам Альфа Центавра, если мы уже приспособились жить в межзвездном пространстве? Да, это одно из решений «парадокса Ферми» - возможно разумные существа став «космическими эльфами» не стремятся колонизировать зоны жидкой воды. Примитивные околозвездные цивилизации ценнее как есть в качестве поставщиков контента, для чего в их развитие вмешиваться не нужно.

Нюансы бессмертия

Как и в случае корабля, у космоэльфа есть только один способ сохранять функциональность в течении тысяч лет – постоянно производить запчасти. Хорошая новость – в живом организме и так регулярно производится замена клеток, нужно только отрегулировать этот процесс чтобы не скатывался в рак и не прекращался. Неоднозначная новость – клетки мозга тоже придется менять. И к цели доберется фактически копия улетевшего эльфа-астронавта. Таким образом, если вы не верите в загрузку сознания, то вечной жизни вам не грозит в любом случае. Но практика показывает, что люди ради надежды на жизнь после смерти и не в такое верят. А вера в загрузку дает очевидные преимущества – кроме бессмертия еще и возможность телепортации по линиям связи.

В результате имеем что-то очень напоминающее некоторые «сверхсветовые» космооперы: систему быстрых гейтов которые перемещаются к цели более медленным транспортом. И тем более похоже на Галанет из романа «Роза и Червь», но там его основная функция немного иная (а зря). В отличие от эльфов-пуристов, не загружающихся принципиально, загруженные сознания могут обслуживать ползущий к другой звезде гейт вахтовым методом что снижает требования к запасам энергии на носителе гейта. Осталось изобрести межзвездное радио. Идея связи через гравитационные линзы звезд из все той же «Розы и Червя» интересна, но совсем не обязательна и имеет ряд трудноразрешимых проблем. Большинство звезд – красные карлики. Но красный карлик не подходит для узла связи – слишком легкий. Не подходят и двойные звезды из-за того, что фокус гравитационной линзы у них сильно гуляет.

Солнце в качестве гравитационной линзы фактически является антенной диаметром порядка двух миллионов километров. Сам диаметр Солнца 1.4 миллиона, но учтем, что линзирование будет не только на поверхности. Правда само Солнце непрозрачно и антенна будет с дыркой диаметром 1.4 миллиона километров. В романе заявлялось что гравитационная линза позволяет обходится мощностями в единицы ватт. Проверять все это, как и искать точный внешний диаметр гравитационной линзы Солнца я не хочу и потому зайду с другой стороны.

Антенна геостационарного спутника с апертурой порядка метра позволяет раздавать телевизор и интернет на антенны размером порядка того же метра на расстоянии 0.1 световой секунды. Отмасштабируем эту систему на межзвездные расстояния. Диаметр главного лепестка прямо пропорционален расстоянию от антенны и обратно пропорционален диаметру антенны. Квадрату диаметра главного лепестка на расстоянии L пропорциональна уже плотность энергии сигнала на приемнике. Но падение плотности энергии можно компенсировать увеличением приемной антенны, чья площадь растет опять пропорционально диаметру антенны. Конечно, эта математика работает пока антенна приемника меньше ширины главного лепестка.

Увеличив диаметры антенн-передатчика и приемника до 10 километров получим рабочую дистанцию в десять миллионов световых секунд – всего в три раза меньше светового года. Повысив мощность на передатчике с 10 кВт до 10 МВт получим дистанцию уже в 10 световых лет – даже большую минимальной дистанции между двумя звездами в окрестностях Солнца. В поясе жидкой воды квадратный километр солнечных батарей обеспечивает порядка 300 МВт при современных батареях. А ведь у нас площадь антенны порядка 100 квадратных километров и надо всего 10 МВт. Увеличив площадь солнечных батарей в 100 раз мы можем разместить наш ретранслятор в ~30 астрономических единицах от Солнца – в поясе Койпера. Причем ставить такие ретрансляторы можно у любых звезд, а не только у желтых карликов. Простор для конспирологии вокруг «парадокса Ферми» тоже остается – объектов диаметром порядка 10 километров в поясе Койпера очень много, а сигнал мы не услышим пока не попадем строго в главный лепесток, причем с антенной диаметром 10 километров. Причем довольно ожидаема шумоподобность сигнала из-за использования кодового разделения каналов – физика у всех общая, а такое разделение позволяет использовать спектр наилучшим образом.

Предположение о том, что разумная жизнь в Галактике приходит к загрузке сознания опять же позволяет объяснить «парадокс Ферми» (его вообще много чего объясняет). После загрузки можно комфортно жить на любом небесном теле – была бы свободная энергия и не слишком часто долбили заряженные частицы с пылью. Водные планеты представляют только научный и туристический интерес, но никак не промышленный. Ученым условная Земля интересней как она есть, туристам скорее всего тоже, и те и другие могут находиться на условной Земле в ворованных, клонированных или искусственно-смоделированных телах не привлекая внимания, перемещаться с тайных баз в глуши через остронаправленные антенны до внутрисистемного ретранслятора, замаскированного под астероид.