Межзвёздный полёт

Колонизация космоса
Основные понятия
Межзвёздный зонд Жизнепригодность планеты Космос и выживание Система жизнеобеспечения[исп.] Туризм, поселения и животные Освоение космоса межпланетными космическими аппаратами Влияние полёта на организм[англ.] Энергетика, экономика[англ.] и политика[англ.] КоГЭС[укр.], местные ресурсы[англ.]
Жизнепригодность планет
Зона обитаемости Экзопланета (список) Суперобитаемая планета Индекс обитаемости планеты Индекс подобия Земле
Транспорт и сооружения
Космический транспорт Типы космических кораблей Лифт, катапульта Космодром Гипотетический космический полёт межпланетный, межзвёздный и межгалактический полёт Астроинженерные сооружения Мегаструктура[фр.], Сфера Дайсона, Сфера Бернала, Колония О’Нила, Стэнфордский тор, Тороид Проекты (Дедал)
Цели колонизации
Колонизация Луны Колонизация планет Солнечной системы Венеры, Марса, Меркурия, Цереры Колонизация астероидов Промышленное освоение астероидов Колонизация спутников Юпитера Ганимеда, Каллисто Колонизация спутников Сатурна Титана, Энцелада Колонизация транс-нептуновых объектов Колонизация точек Лагранжа Колонизация Солнечной системы Колонизация внешних объектов Солнечной системы
Цели исследования космоса
План исследования космоса[англ.] Будущее[англ.], Хронология[англ.] Исследование Луны Исследования Солнечной системы[англ.] астероиды Уран, Юпитер Исследование спутников Юпитера Ио[англ.], Европа[англ.], Ганимед[англ.], Калисто[англ.] Исследование глубокого космоса[англ.]
Цели терраформирования
Венера, Европа, Марс
Теории
Коралловая модель галактической колонизации[фр.] Парадокс Ферми Шкала Кардашёва Червоточина
Организации
Общества: Марсианское, Планетарное и Национальное космическое общество[англ.] (список) НАСА, CNES, RECONS, GAMA, SpaceX
Проблемы и решения
Космический туалет Космический мусор
Разное
Колонизация[фр.] и терраформирование в художественной литературе[фр.] Космическая гонка и программы

Межзвёздный полёт — путешествие между звёздами космических пилотируемых кораблей или автоматических станций, которые, таким образом, могут именоваться звездолётами. Часто рассматривается в качестве гипотетического сценария, например, в литературе или кинематографе (если речь идет о межзвёздных полётах людей).

Расстояние до ближайшей от Земли звезды (Проксима Центавра) составляет около 4,243 световых лет, то есть примерно в 268 тысяч раз больше расстояния от Земли до Солнца.

Четыре

Аппаратов, прямым назначением которых можно считать полёт до ближайших звёзд, на начало XXI века не создано. Во второй половине XX века существовали проекты разработки пилотируемых межзвёздных кораблей «Орион» и «Дедал» на ядерной тяге. Их продолжением стали современные проекты ядерных звездолётов Longshot и «Икар».

В 2011 году

Полёты на звездолётах занимают существенное место в научной фантастике.

Физик-теоретик Фримен Дайсон считает главной целью освоения далёкого космоса возрождение независимых маленьких групп людей, которые считаются им «двигателями прогресса»^[4]. Однако, по мнению его оппонентов (Ари Штернфельд и другие), все научные открытия совершались в крупных странах^[5].

Физик Джерард О’Нил полагает, что у человечества есть три пути развития: самоуничтожение, стагнация или космическая экспансия^[6].

Выделяют два определения межзвёздных полётов:

• Медленные путешествия в десятки тысяч лет без специальных двигателей. Например, автоматические станции «Пионер 10», «Пионер 11» и два «Вояджера» или предложенные некоторыми учёными проекты человеческих поселений на межзвёздных кометах.
• Быстрые путешествия со специальными двигателями или движителями (космические парусники, термоядерные двигатели и пр.). Например, полёт к ближайшим звёздам за срок, не превышающий срок человеческой жизни^[7].

Джерард О’Нил, помимо освоения человеком пригодных для колонизации землеподобных планет, предложил для изучения межзвёздного пространства использовать систему зондов-репликаторов Один зонд достигает чужой планетной системы, собирает из местных материалов другой зонд, который отправляется в полёт к следующей звезде. При этом первый зонд остаётся на месте для поддержания связи и изучения звёздной системы^[6].

Возможны также межзвёздные путешествия с использованием звездолётов, реализующих концепцию «

В

1. равноускоренного разгона;
2. полёта с постоянной скоростью;
3. равноускоренного торможения.

Собственное время любых часов имеет вид:

${\displaystyle \int \limits _{0}^{t}{\sqrt {1-\mathbf {u} ^{2}(t)/c^{2}}}\cdot dt,}$

где ${\displaystyle \textstyle \mathbf {u} (t)}$ — скорость этих часов.

Земные часы неподвижны (${\displaystyle \textstyle \mathbf {u} =0}$), и их собственное время равно координатному ${\displaystyle \textstyle \tau _{0}=t}$.

Часы космонавтов имеют переменную скорость ${\displaystyle \textstyle \mathbf {u} (t)}$. Так как корень под интегралом остаётся всё время меньше единицы, время этих часов, независимо от явного вида функции ${\displaystyle \textstyle \mathbf {u} (t)}$, всегда оказывается меньше ${\displaystyle \textstyle t}$. В результате ${\displaystyle \textstyle \tau '_{0}<\tau _{0}}$.

Если разгон и торможение проходят

${\displaystyle \textstyle a}$

${\displaystyle \tau _{1}}$

${\displaystyle \tau _{2}}$

${\displaystyle \tau _{0}={\frac {2c}{a}}\,\ln \left[{\frac {a\tau _{1}}{c}}+{\sqrt {1+\left({\frac {a\tau _{1}}{c}}\right)^{2}}}\right]+{\frac {\tau _{2}}{\sqrt {1+(a\tau _{1}/c)^{2}}}}={\frac {2c}{a}}\,\operatorname {arcsinh} {\frac {a\tau _{1}}{c}}+{\frac {\tau _{2}}{\sqrt {1+(a\tau _{1}/c)^{2}}}},}$

где ${\displaystyle \operatorname {arcsinh} }$ — гиперболический арксинус.

Если корабль разгоняется до середины расстояния ${\displaystyle S}$ до цели, а затем тормозит, то полное корабельное время полёта до цели в одном направлении равно^[10]:

${\displaystyle T_{k}={\frac {2c}{a}}\cosh ^{-1}\left(1+{\frac {aS}{2c^{2}}}\right)}$

Рассмотрим предполагаемый полёт к звёздной системе Альфа Центавра, удалённой от Земли на расстояние в 4,3 световых года. Если время измеряется в годах, а расстояние — в световых годах, то скорость света ${\displaystyle \textstyle c}$ равна единице, а единичное ускорение ${\displaystyle \textstyle a=1}$ св.год/год² близко к ускорению свободного падения и примерно равно 9,5 м/c².

Пусть половину пути космический корабль двигается с единичным ускорением, а вторую половину — с таким же ускорением тормозит ${\displaystyle \textstyle (\tau _{2}=0)}$. Затем корабль разворачивается и повторяет этапы разгона и торможения. В этой ситуации время полёта в земной системе отсчёта составит примерно 12 лет, тогда как по часам на корабле пройдёт 7,3 года^[10]. Максимальная скорость корабля достигнет 0,95 от скорости света.

За 40 лет собственного времени (отсчёт времени на космическом корабле) такой корабль побывает в центре Галактики

Как будет осуществляться такое перемещение на практике и сработает ли релятивистская механика в таком полёте, пока не ясно^[11].

Межзвёздные путешествия имеют серьёзные технические препятствия и требуют чрезвычайно много времени для перелёта. Необходимо научиться сохранять человеческий организм живым в течение нескольких сотен или тысяч лет. Потребуется техника, которая сможет работать это продолжительное время и которую можно будет ремонтировать или заменять в глубинах космоса. Необходимы новые физические теории, технологии и материалы, позволяющие достичь скорости света. Эти серьёзные барьеры делают межзвёздные и межгалактические путешествия в настоящее время совершенно невозможными^[12].

Космонавт Константин Феоктистов выделял три главные проблемы межзвёздного полёта:

• время — даже при близких к свету скоростях для полётов в рамках галактики потребуются тысячи и десятки тысяч лет (при этом неизвестно, сможет ли космический корабль функционировать такой продолжительный срок),
• потоки пыли и газа — при близких к свету скоростях они могут испарять защитные экраны звездолётов,
• энергетические проблемы (например, при использовании термоядерной реакции и скоростях, близких к световым, отношение начальной и конечной массы корабля оказывается больше 10³⁰)^[8].

Для пилотируемых межзвёздных экспедиций потребуется поддерживать жизнеобеспечение и здоровье астронавтов на протяжении длительного периода времени, поэтому нужен замкнутый цикл жизнеобеспечения с многократным восстановлением и использованием питательных веществ. Эта система должна будет снабжать астронавтов пищей, воздухом и водой. Для сохранения прочности костей потребуется искусственная гравитация, для защиты от космического излучения — радиационная защита, а от попадания метеоритов — противометеорная защита. Длительное путешествие в один конец в замкнутом пространстве может породить психологические проблемы. Несмотря на все трудности, отправка людей предпочтительнее роботов потому, что человеческий ум более гибок и способен быстрее ориентироваться в незнакомой обстановке, чем система запрограммированного робота. Однако сам межзвёздный полёт потребует большого количества различных ресурсов и мощную политическую поддержку (подобно выходу человека в космос или высадки на Луну)^[13].

По мнению профессора-антрополога Джона Мура, во время длительных космических путешествий длиной в несколько поколений будет предпочтительнее традиционная семья как основа социальной жизни космонавтов. По его мнению, каждому мужчине и каждой женщине на борту межзвёздного корабля должен быть предоставлен выбор между 10 потенциальными жёнами и мужьями соответственно. Модель Мура предполагает численность команды корабля около 80—100 человек и ограничение рождаемости (не больше 2 детей у одной женщины)^[14].

Во время межзвёздного путешествия большую опасность для космонавтов будет представлять космическая радиация, поэтому потребуются меры защиты от неё. В качестве защиты могут быть использованы 3 варианта:

1. толстый слой вещества (например, сферическая водяная оболочка толщиной 5 метров);
2. магнитная защита (отталкивает заряженные космические частицы);
3. электростатическая защита (выбрасывает в пространство пучок электронов, корабль приобретает положительный заряд, который отталкивает космические высокоэнергичные частицы).

Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки:

• первый вариант при простом и надёжном принципе действия имеет слишком большую массу;
• второй при куда меньшей массе не обеспечивает защиту вдоль оси;
• третий при отсутствии брешей в защите и опасного сильного магнитного поля сам создаёт опасный приток отрицательно заряженных частиц, — требуется электрическое поле гигантского напряжения^[15].

Опасностью для межзвёздного корабля также будут частицы и вещество межзвёздной среды, которые при быстром полёте звездолёта обладают большей проникающей и разрушительной силой. Ещё одна проблема — большой уровень выделения тепла от мощных источников энергии, что потребует эффективных систем охлаждения или снижения тепловыделения^[16]. Отвод избыточного тепла — проблема почти всех проектов межзвёздных кораблей^[17].

Существует попытка объяснения парадокса Ферми с точки зрения проблем межзвёздных путешествий. Аэрокосмический инженер Джеффри Лэндис^[англ.] выдвигает следующую гипотезу:

• прямой межзвёздный полёт имеет ограниченную дальность;
• количество пригодных для колонизации звёздных систем ограничено (например, в радиусе 30 световых лет от Солнечной системы есть только 5 потенциально пригодных для колонизации звёздных систем), тогда как колония в новой звёздной системе будет иметь очень слабые связи с материнской культурой.

При этом колонии могут как развиться в колонизирующие цивилизации (их цель — межзвёздная экспансия), так и в неколонизирующие цивилизации (им неинтересны межзвёздные полёты). Если колония будет неколонизирующей, то межзвёздная экспансия на этом остановится. Но даже для колонизирующей колонии потребуется много времени, чтобы достичь технологического уровня для межзвёздных полётов. Однако всё равно межзвёздный полёт будет очень дорогостоящим, — например, физик-теоретик Фримен Дайсон оценивал стоимость одного из вариантов межзвёздного полёта в весь валовый национальный доход при расстоянии в 4 световых года и времени полёта в 200 лет^[18].

Проблему столкновения с межзвёздным веществом подробно рассмотрел Иван Корзников в статье «Реальности межзвёздных полётов». Столкновение с межзвёздной пылью будет происходить на околосветовых скоростях и по физическому воздействию напоминать микровзрывы. (Что будет происходить в условиях сверх светового движения, пока неясно.) При скоростях больше 0,1 ${\displaystyle c}$ защитный экран должен иметь толщину в десятки метров и массу, равную сотням тысяч тонн. Но этот экран будет надёжно защищать только от межзвёздной пыли. Столкновение с макрометеором будет иметь фатальные последствия, сравнимые по воздействию с близким взрывом мощной термоядерной бомбы. Корзников приводит расчёты, что при скорости более 0,1 ${\displaystyle c}$ космический корабль не успеет изменить траекторию полёта и избежать столкновения. Он считает, что при субсветовой скорости космический корабль разрушится до достижения цели. По его мнению, межзвёздное путешествие возможно только при существенно меньших скоростях (до 0,01 ${\displaystyle c}$)^[19]. А. В. Багров и М. А. Смирнов скептически относятся к идее одеть корабль в толстую броню из-за возрастания массы, однако сами рассматривают вариант создания человеческих поселений для межзвёздного полёта внутри астероида для большей зоны обитания и лучшей защиты от межзвёздного вещества^[17].

При движении космического корабля с околосветовой скоростью протоны межзвёздного газа Галактики (плотностью 1 протон на 1 см³) превратятся в пучок, направленный против направления полёта корабля, с энергией ${\displaystyle 10^{9}}$ эВ и плотностью потока ${\displaystyle 10^{10}}$ частиц на см²/сек (на поверхности Земли интенсивность космического излучения составляет всего ${\displaystyle 2}$ частицы на см²/сек). Как обеспечить защиту экипажа корабля от такого излучения, неизвестно.^[20]

Для межзвёздного полёта потребуются большие запасы энергии и ресурсов, которые придётся везти с собой. Это одна из малоизученных проблем в межзвёздной космонавтике.

Например, самый проработанный на сегодняшний день проект «Дедал» с импульсным термоядерным двигателем за полвека достиг бы звезды Барнарда на расстоянии шесть световых лет от Земли, затратив 50 тысяч тонн термоядерного горючего (смесь дейтерия и гелия-3) и доставив к цели полезную массу в 450 тонн^[21].

Существуют проекты новых, более мощных источников энергии, которые можно будет использовать в межзвёздном полёте^{[22][23][24][25][26]}.

Для движения корабля с околосветовыми скоростями его двигатели должны иметь мощность порядка нескольких петаваттов^[20].

Одной из идей снижения мёртвой массы корабля является «автофаг» (autophage), или самопожиратель (self-consuming) — межзвёздный корабль, частично построенный из замороженного

Одним из недостатков межзвёздных кораблей является необходимость иметь собственные бортовые энергоблоки, что увеличивает массу и, соответственно, снижает скорость. Поэтому появились идеи снабжать межзвёздные корабли энергией из внешнего источника^[7].

Существуют проекты использования межзвёздного водорода, солнечного (светового) или ионного паруса в сочетании с лазерным давлением и т. д.

Расстояния между планетами Солнечной системы часто измеряются в астрономических единицах (а. е.), определяемых как среднее расстояние между Солнцем и Землей, примерно 149 597 870 700 метров (93 миллионов миль). Венера, ближайшая к Земле планета, находится (при максимальном приближении) на расстоянии 0,28 а. е. Нептун, самая дальняя планета от Солнца, находится на расстоянии 29,8 а. е. По состоянию на 20 января 2023 года «Вояджер-1», самый дальний от Земли рукотворный объект, находился на расстоянии 159 астрономических единиц^[28].

Ближайшая известная звезда, Проксима Центавра, находится на расстоянии примерно 268 332 астрономических единиц, или более чем в 9 тыс. раз дальше, чем Нептун.

Физик

• ракеты на
  ядерный синтез
  );
• лазерный парус;
• термоядерный прямоточный корабль^[31].

По мнению других специалистов, для межзвёздных полётов подходит только три источника энергии:

• ядерные и термоядерные реакции;
• аннигиляция;
• гравитационный коллапс, при которых носителями энергии выступают элементарные частицы с энергией не менее нескольких МэВ.

При этом ядерные двигатели можно использовать и для планетолёта, — например, полёт до Плутона на таком двигателе займёт 2 месяца^[16].

Ядерная энергия может использоваться для 3 видов тяги:

• наиболее близкая к реализации связка — электроракетного двигателя с ядерным энергоблоком,
• ядерный ракетный двигатель
• самый перспективный — термоядерный ракетный двигатель^[32].

Хотя электроракетные двигатели имеют малую тягу по сравнению с

Пригодность различных типов двигателей для межзвёздных полётов, в частности, была рассмотрена на заседании Британского межпланетного общества в 1973 году доктором Тони Мартином (Tony Martin), Он пришёл к выводу, что для межзвёздного путешествия пригодны только термоядерные звездолёты типа «Дедала»^[35][36][37].

Отдельную тему представляют собой разнообразные гипотетические двигатели сверхсветового движения. Межзвёздный корабль, способный летать на сверхсветовых скоростях, предпочтительнее корабля с досветовым двигателем. Но также следует учитывать, что любой сверхсветовой корабль по скорости движения получится двухрежимным:

• в режиме сверхсветового движения полет выполняется на скорости, превышающей скорость света;
• в режиме досветового движения полет выполняется на скорости меньше скорости света.

По мнению Митио Каку главной проблемой ядерных ракетных двигателей является безопасность: в обычном ядерном реакторе используется низкообогащенный уран, поэтому опасность ядерного взрыва невелика, однако в ядерных ракетных двигателях для получения максимальной тяги используется высокообогащенный уран с большой вероятностью возникновения самопроизвольной цепной реакции^[44].

В 1950—1960 годах в

По мнению Митио Каку главная проблема «Ориона» состоит в заражении радиоактивными осадками места старта, а также в коротких замыканиях в близлежащих электрических системах от электромагнитного импульса взрывов^[46].

С

Ракетный корабль по проекту «Дедал» оказался таким громадным, что строить его пришлось бы в открытом космосе. Он должен был весить 54 000 т (почти весь вес — ракетное топливо) и мог бы разогнаться до 7,1 % скорости света, неся на себе полезную нагрузку весом 450 т. В отличие от проекта «Орион», рассчитанного на использование крохотных атомных бомб, проект «Дедал» предусматривал использование миниатюрных водородных бомб со смесью дейтерия и гелия-3 и системой зажигания при помощи электронных лучей. Но огромные технические проблемы и опасения, связанные с ядерным двигателем, привели к тому, что проект «Дедал» также был отложен на неопределённое время[48].

В 1982 году в журнале «Юный техник» появился проект межзвёздного зонда на основе технологий «Дедала»^[49]. В 1987 году появился проект межзвёздного зонда на реактивной термоядерной системе с массой научной аппаратуры не меньше 150 кг и сроком полёта к одной из ближайших звёзд в 40—60 лет^[50].

Принцип прямоточного двигателя предложил в 1960 году физик Роберт Буссард^[англ.]), позднее его популяризировал Карл Саган. По расчетам Буссарда прямоточный термоядерный двигатель весом в 1 тысячу тонн мог бы теоретически поддерживать постоянное ускорение в 1 g (за 1 год такого ускорения корабль достиг бы 77 % от скорости света). По мнению Митио Каку в книге Физика невозможного прямоточный термоядерный двигатель является самым перспективным для межзвездных путешествий, который за счет сбора топлива по пути мог бы теоретически работать бесконечно и за счет постоянного ускорения и релятивистского замедления времени внутри корабля через 11 лет по корабельным часам достичь звездного скопления Плеяды на расстоянии 400 световых лет от Земли, Туманности Андромеды на расстоянии 2 миллионов световых лет за 23 года корабельного времени, а за продолжительность жизни членов экипажа — пределов видимой Вселенной (в то время, как на Земле прошло бы несколько миллиардов лет). Однако такой корабль имеет определённые технические сложности. С учётом плотности водорода в межзвездном пространстве для поддержания постоянного ускорения в 1 g собирающая водород воронка должна иметь диаметр около 160 километров. Также для прямоточного термоядерного двигателя необходима протон-протонная реакция синтеза, которая в настоящее время недостаточно изучена. Также при приближении к скорости света возрастет сопротивление межзвездной среды^[51].

В 1960-х годах за десятилетие до проекта «Дедал» в СССР Валерием Бурдаковым разрабатывался проект космического корабля на основе термоядерного двигателя, который посредством магнитной воронки собирает водород из окружающего пространства и запускает в действие фотонный двигатель. По сути это был гибрид трёх идей межзвёздных путешествий: термоядерной реакции, прямоточного корабля на основе магнитной воронки и фотонного двигателя. Эта идея имела преимущество перед термоядерным звездолётом в отсутствии необходимости нести топливо на борту (которое составляло большую часть массы)^[52]. Проект корабля Бурдакова-Данилова предусматривает разгон на термоядерном двигателе, затем включается прямоточный двигатель, а собранное межзвёздное вещество взаимодействует с запасами антивещества на борту корабля для работы фотонного двигателя (таким образом решался вопрос с низкой плотностью межзвёздного вещества, которого для аннигиляции антивещества в фотонном двигателе нужно меньше, чем для работы термоядерного двигателя)^[53].

В 1992 году Роберт Зубрин опубликовал идею ядерной ракеты на гомогенном растворе солей ядерного топлива, которая двигается на основе управляемого непрерывного ядерного взрыва и тормозит магнитным парусом^[54].

Технологические идеи ранних проектов ядерных звездолётов использованы в современных проектах термоядерных межзвёздных кораблей «Longshot» и «Икар».

В конце 1980-х годов Военно-морской академией США и НАСА разрабатывался проект автоматического зонда-звездолёта «Longshot», основанный на использовании исключительно существующих технологий с настолько ближним сроком реализации, что зонд предполагалось собирать на также проектировавшейся орбитальной станции «Фридом», которая позже была преобразована в МКС. Проект использовал ядерный двигатель и имел время полёта со скоростью около 4,5 % световой до Альфа Центавра (с выходом на её орбиту, вместо просто пролёта как в проекте «Дедал») около 100 лет.

По инициированному в 2009 году фондом Tau Zero и Британским межпланетным обществом проекту «Икар» автоматический межзвёздный зонд может быть создан за несколько лет, будет иметь термоядерную двигательную установку и разгоняться до 10—20 % от скорости света, что дало бы достижение Альфа Центавра в течение активной жизни одного поколения за 20—40 лет^[21].

В настоящее время специалистами разработано два проекта звездолётов на инерционном термоядерном синтезе: магнитного сопла для ракеты на лазерно-инерционном термоядерном синтезе^[55] и ракетный двигатель на инерционном лазерном синтезе, основанном на концепции быстрого воспламенения^[56]. Также существует проект термоядерного ракетного двигателя на стационарном магнитном удержании плазмы в открытых линейных ловушках^[57]. Для магнитного удержания термоядерной плазмы могут использоваться открытые ловушки^[58] (например амбиполярная ловушка^[59]).

Для защиты от межзвёздного вещества, а также для ускорения и перенаправления потока заряженных частиц из работающего двигателя в нужную сторону А. В. Багров, М. А. Смирнов и С. А. Смирнов предлагают использовать магнитное поле от кольцевого магнита в виде тора (по их расчётам такой корабль доберётся до Плутона за 2 месяца)^[17][16]. Также они разработали проект корабля с импульсным термоядерным двигателем и электромагнитом в виде сверхпроводящего тора: по их подсчётам такой корабль может добраться до Плутона и вернуться обратно за 4 месяца с затратой 75 тонн топлива, до Альфы Центавра за 12 лет, а до Эпсилона Эридана за 24,8 года^[60].

Разработано несколько вариантов межзвёздных кораблей на основе солнечного и других видов космического паруса^{[7][61][62][63][64][65]}.

Выделяют два проекта космических парусников: на давлении солнечного света и от искусственного лазера (идея Роберта Форварда). Недостатком первого типа является слабое световое давление от Солнца, которое при увеличении расстояния будет ослабевать. Недостатком второго типа является сложность наведения лазера на большом расстоянии. Общим недостатком космических парусников всех типов является хрупкость конструкции тонкого и обширного паруса, который может быть легко разрушен при столкновении с межзвёздным веществом^[17].

Преимуществом парусника является отсутствие топлива на борту. Его недостатком является невозможность использования паруса для торможения или путешествия назад к Земле, поэтому он хорош для запуска автоматических зондов, станций и грузовых кораблей, но малопригоден для пилотируемых полётов с возвратом (либо космонавтам нужно будет взять с собой второй лазер с запасом энергии для установки в пункте назначения, что фактически сводит на нет все преимущества парусника)^[66].

Идея о использовании

В 1971 году в докладе Г. Маркса на симпозиуме в Бюракане было предложено использовать для межзвёздных перелётов лазеры рентгеновского диапазона. Позже возможность использования этого типа движителя исследовалась НАСА. В результате был сделан следующий вывод: «Если будет найдена возможность создания лазера, работающего в рентгеновском диапазоне длин волн, то можно говорить о реальной разработке летательного аппарата (разгоняемого лучом такого лазера), который сможет покрывать расстояния до ближайших звёзд значительно быстрее, чем все известные в настоящее время системы с ракетными двигателями. Расчёты показывают, что с помощью космической системы, рассмотренной в данной работе, можно достичь звезды Альфа Центавра… примерно за 10 лет»^[67].

В 1985 году Р. Форвардом была предложена конструкция межзвёздного зонда, разгоняемого энергией

На 36-м Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолёта, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг

Парус, разгоняемый наземным лазерным источником-движителем, используется в начатом современном проекте малых автоматических межзвёздных зондов Breakthrough Starshot. На реализацию проекта необходимо до 10 миллиардов долларов и до 20 лет. Скорость зондов составит до 20 % скорости света, время полёта до Проксима или Альфа Центавра в 4 световых годах от Земли — около 20 лет.

По оценкам Митио Каку в книге Физика невозможного теоретически возможен разгоняемый лазерами с Луны солнечный парус, который может достичь до половины скорости света и долететь до ближайшей звезды за 8 лет. Однако это потребует строительства солнечного паруса поперечником в несколько сотен километров и тысяч лазеров на Луне с продолжительностью работы в десятилетия, что трудно реализовать по экономическим и техническим причинам^[68].

Скорость движения обычных

Для получения таких частиц можно использовать

В случае, когда скорость истечения рабочего вещества реактивного двигателя равна скорости света, число Циолковского ${\displaystyle z={\frac {m_{0}}{m_{k}}}}$ определяется по формуле ${\displaystyle z={\sqrt {\frac {1+{\frac {v_{0}}{c}}}{1+{\frac {v_{k}}{c}}}}}}$. Отсюда следует, что для достижения скорости в ${\displaystyle 0,9c}$, число Циолковского должно быть равно ${\displaystyle 4,36}$[69].

Теоретические расчёты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70 % от скорости света. Предложенный ими двигатель быстрее других теоретических разработок благодаря особому устройству реактивной дюзы. Однако основными проблемами при создании

Основная составляющая массы современных ракет — это масса топлива, требуемого ракете для разгона. Если удастся каким-нибудь образом использовать в качестве рабочего тела и топлива окружающую среду, можно значительно уменьшить массу межзвёздного аппарата и достичь за счёт этого больших скоростей движения даже при использовании топливно-ракетного двигателя. В связи с этим появилась идея прямоточного двигателя, который использует в качестве топлива межзвёздный водород^[74].

Использование прямоточного двигателя снимает ограничения по дальности полёта в связи с конечными запасами топлива и энергии на борту корабля, однако имеет серьёзную проблему в виде малой плотности водорода в межзвёздном пространстве и как следствие низкой скорости^[75].

К преимуществам данного проекта относится очистка космоса впереди движения корабля от межзвёздных частиц, которые могли быть опасны для звездолёта при высоких скоростях встречного движения. Однако для прямоточного двигателя потребуется воронка огромного диаметра и достаточно большая изначальная скорость звездолёта (по некоторым оценка до 20—30 % от скорости света). Столкновение с межзвёздным водородом на таких скоростях может постепенно разрушить материал воронки, поэтому есть проекты собирать межзвёздный водород электромагнитным полем вместо воронки из вещества^[17].

Для предложенного такого водородного прямоточного ракетного двигателя потребуется воронка огромного диаметра для сбора разреженного межзвёздного водорода, имеющего плотность 1 атом на кубический сантиметр. Если для сбора межзвёздного водорода использовать сверхмощное электромагнитное поле, то силовые нагрузки на генерирующую катушку окажутся настолько велики, что их преодоление окажется маловероятным даже для техники будущего^[36][37].

В

Поскольку межзвёздная среда является крайне разреженной (порядка одного атома водорода на кубический сантиметр пространства), необходимо использование экранов огромного размера (тысячи километров) для сбора нужного количества топлива. Масса таких экранов крайне велика даже при условии использования наиболее лёгких материалов, поэтому предлагается использовать для сбора вещества магнитные поля.

Ещё одним недостатком термоядерного прямоточного двигателя является ограниченность скорости, которой может достичь оснащённый им корабль (не более 0,119 c = 35,7 тыс. км/с). Это связано с тем, что при улавливании каждого атома водорода (который можно в первом приближении считать неподвижным относительно звёзд) корабль теряет определённый импульс, который удастся компенсировать тягой двигателя только если скорость не превышает некоторый предел. Для преодоления этого ограничения необходима как можно более полная утилизация кинетической энергии улавливаемых атомов, что представляется достаточно трудной задачей.

По мнению автора журнала Техника — молодёжи А. Владимова только фотонные двигатели пригодны для дальних космических путешествий^[74]..

Если справедливы некоторые варианты теорий Великого объединения, такие как модель 'т Хоофта — Полякова, то можно построить фотонный двигатель, не использующий антивещество, так как магнитный монополь гипотетически может катализировать распад протона^[76][77] на позитрон и π⁰-мезон:

${\displaystyle p\rightarrow e^{+}+\pi ^{0}}$

π⁰ быстро распадается на 2 фотона, а позитрон аннигилирует с электроном, в итоге атом водорода превращается в 4 фотона, и нерешённой остаётся только проблема зеркала.

Фотонный двигатель на магнитных монополях мог бы работать и по прямоточной схеме.

В то же время в большинстве современных теорий Великого объединения магнитные монополи отсутствуют, что ставит под сомнение эту привлекательную идею.

У фотонных двигателей на аннигиляции материи есть следующие проблемы: хранение антивещества, защита отражающего фотоны зеркала от выделяемой энергии, время разгона и размеры^[8].

в 1946 году американский физик И. Акерет (Ackeret) предложил использовать для межзвёздного полёта ионные двигатели, которые снабжали бы заряженными частицами в результате термоядерной реакции или реакции аннигиляции^[17].

В 1994 году Джеффри Лэндис^[англ.] предложил проект межзвёздного ионного зонда, который получал бы энергию от лазерного луча на станции^[38][78]. Такой двигатель по сравнению с лазерно-световым парусом потреблял бы на 19 ГВт меньше, будучи при этом в полтора раза сильнее. На данный момент этот проект неосуществим: двигатель должен иметь скорость истечения 0,073 с (удельный импульс 2 миллиона секунд), при этом его тяга должна достигать 1570 Н (то есть 350 фунтов). В данный момент эти показатели недостижимы^[79].

Ионные двигатели уже используются в некоторых космических аппаратах (например, в КА «Рассвет»). Ионные двигатели используют электрическую энергию для создания в топливе (обычно ксенон) заряженных частиц, которые затем ускоряются. Выхлопная скорость частиц от 15 до 35 километров в секунду^[80].

Не намного меньшую, чем при разгоне, проблему представляет собой торможение межзвёздных кораблей, набравших сверхвысокие скорости. Предложены несколько способов:

• торможение на внутренних источниках — ракетное;
• торможение за счёт лазерного луча, присылаемого из Солнечной системы;
• торможение магнитным полем с использованием магнитного паруса Роберта Зубрина на сверхпроводниках^[54][81].

Изначально корабли для межзвёздных полётов в фантастике выглядели как гибрид ракеты-носителя и подводной лодки с обтекаемыми формами. Таков например корабль «Тантра» из романа И. Ефремова «Туманность Андромеды», впервые изданного в год запуска первого искусственного спутника Земли. Потом пришло понимание, что в космосе отсутствует сопротивление среды и межзвёздные корабли стали приобретать сложные архитектурные формы^[17].

Чаще всего писатели ранней фантастики описывали использование обычных химических реактивных двигателей на химическом топливе. Позже многие фантасты понимая несовершенство таких типов двигателей изобретали более совершенные типы ракетного горючего:

• ультралиддит в «Аэлите» А. Толстого или анамезон И. Ефремова из «Туманности Андромеды»;
• в той же «Аэлите» фигурируют корабли магацитлов, использующие ядерную энергию;
• термоядерное топливо;
• антивещество.

Последнее фигурирует не только в качестве топлива фотонных двигателей, но часто и в качестве топлива главных энергоблоков многих фантастических сверхсветовых кораблей.

На смену ракетным двигателям как недостаточно быстрым пришли «нуль-транспортировки», «варп-двигатели», «подпространственные переходы», «смежные миры», «гипердвигатели», «тоннельные двигатели»^[17].

В романе «Люди как боги» Снегова для межзвёздных путешествий используются особые свойства пространства и времени, в частности, открытая людьми будущего двухмерность времени, позволяющая совмещать точки начала и конца пути путём сворачивания пространства.

Во вселенной Star Wars используются и повсеместно распространены гипердвигатели, перемещающие корабль через иное измерение со скоростью, значительно превышающей световую. Та же идея, только в гораздо более мрачном варианте, присутствует во вселенной Warhammer 40000, где корабли многих разумных рас фактически путешествуют через Ад. Это перекликается с идеями использования червоточин для межзвездных перемещений.

Этот раздел нужно дополнить. Пожалуйста, улучшите и дополните раздел. (3 апреля 2018)

• Новые горизонты
• Список ближайших звёзд
• Звездолёт
• Варп-двигатель

• В. П. Бурдаков. Ю. И. Данилов. Ракеты будущего. 1980 г. М., Атомиздат.
• Колесников, Юрий Вениаминович. Вам строить звездолёты. — М., 1990. — 207 с. — ISBN 5-08-000617-X.
• Левантовский В. И. Механика космического полёта в элементарном изложении. — М.: «Наука», 1970. — 492 с.

• Semenov A. Сборник ссылок на статьи о межзвёздных полётах  (рус.). Дата обращения: 20 октября 2021. Архивировано из оригинала 20 октября 2021 года.
• Как защитить космических путешественников (англ.). Дата обращения: 5 мая 2007. Архивировано из оригинала 5 мая 2007 года.
• Цвет растений на других планетах (англ.). Дата обращения: 28 августа 2008. Архивировано из оригинала 28 августа 2008 года.
• Interstellar Ark Mission Architectures and Various Feasibility Issues (англ.). Дата обращения: 4 декабря 2021.
• Галактическая энциклопедия — 2. Помощь со звёзд  (рус.). — Лекция о межзвёздных полётах, об ускорении на 100 км/сек возле звёзд. Дата обращения: 4 декабря 2021.
• 100 Year Starship Study — официальный сайт проекта «Через 100 лет к звёздам».
• Ирина Шлионская, Термоядерные крылья донесут до инопланетян // Правда.ру, 21.03.2011.
• Кэрролл, Роберт Тодд. Похищение инопланетянами  (неопр.). Словарь скептика, или Энциклопедия заблуждений: собрание невероятных фактов, удивительных открытий и опасных поверий.

В другом языковом разделе есть более полная статья Interstellar travel (англ.). Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода