Viaggio interstellare: un sogno irrealizzabile o una prospettiva reale? Quali problemi devono essere risolti affinché i voli interstellari diventino realtà.

Diritto d'autore sull'illustrazione AP Didascalia dell'immagine È difficile avere un bell'aspetto nello spazio reale come Sandra Bullock nei film.

Molte persone sognano di volare in orbita, sulla Luna e anche oltre. Ma coloro che effettivamente vanno nello spazio affrontano una serie di rischi per la salute.

Secondo il medico della serie televisiva cult “Star Trek” Leonard McCoy (alias Chiropper, alias Bony), “lo spazio è malattia e pericolo avvolto nell’oscurità e nel silenzio”. E ha ragione in molti sensi. Viaggiare nello spazio può renderti debole, stanco, malato e, con un certo grado di probabilità, affetto da depressione.

"Non siamo progettati per sopravvivere nel vuoto dello spazio; la nostra evoluzione non lo ha incluso", afferma Kevin Fong, fondatore del Centro per lo studio della medicina in ambienti estremi, spazio e alte altitudini presso l'University College di Londra e autore dei limiti della vita, della morte e delle possibilità del corpo umano."

Immaginiamo che tu abbia la fortuna di volare nello spazio. E ora sei sdraiato su una sedia e conti i secondi fino all'inizio. Cosa dovresti aspettarti dal tuo corpo? Come si comporterà nei prossimi minuti, ore, giorni e mesi? Abbiamo chiesto informazioni su questo a scienziati, ingegneri e astronauti, che sanno per esperienza cosa succede a una persona in condizioni in cui il nostro corpo si trova in una situazione completamente artificiale e aliena. Come affrontare questo problema?

10 secondi dopo l'avvio. Possibile perdita di coscienza

La navicella spaziale si separa dal complesso di lancio e l'accelerazione aumenta fino a 4G. Ti senti quattro volte più pesante del tuo peso normale. Sei schiacciato sulla sedia, è molto difficile persino muovere la mano.

“Il sovraccarico fa sì che il sangue si sposti verso le gambe e per rimanere coscienti dobbiamo mantenere il flusso di sangue al cervello”, mi ha spiegato John Scott, uno scienziato senior dello Human Performance Laboratory, quando ho visitato la centrifuga QinetiQ a Farnborough nel Inghilterra meridionale...

A causa del fatto che il sangue defluisce dalla testa, i piloti militari, anche con forze G relativamente basse, sperimentano un velo grigio davanti ai loro occhi. È vero, nei moderni veicoli spaziali con equipaggio, ad esempio nella Soyuz russa, la posizione dell'astronauta viene scelta in modo tale (con le gambe sollevate) da dirigere il sangue dalle gambe al petto e successivamente alla testa.

10 minuti dopo l'inizio. Nausea

"La prima cosa di cui si lamentano gli astronauti è la nausea e il vomito", afferma Fong. La mancanza di gravità influisce sul nostro orecchio interno, che è responsabile del nostro senso di equilibrio, coordinazione e orientamento spaziale. "E [la mancanza di gravità] riduce la capacità di tracciare oggetti in movimento", aggiunge.

Oltre a lievi cambiamenti nella vista, alcuni astronauti presentarono gonfiore del nervo ottico, cambiamenti nella retina e deformazione del bulbo oculare William Jeffs,

NASA

Anche se si ignorano le palline di vomito che fluttuano attorno alla capsula a gravità zero, il "mal di spazio" può causare debolezza e incapacità di svolgere i compiti assegnati.

Uno di questi incidenti ha quasi fatto deragliare il programma lunare Apollo. Durante l'Apollo 9, il primo test del lander lunare in orbita, Rusty Schweikart inizialmente non fu in grado di completare alcuni dei compiti assegnati e la durata della passeggiata spaziale dovette essere abbreviata.

Anche Anousheh Ansari, che divenne la prima turista spaziale donna, disse di aver dovuto affrontare nausea, vomito e disorientamento.

Due giorni dopo l'inizio. Viso gonfio

Recentemente ho intervistato l'astronauta canadese Chris Hadfield. Secondo lui, in orbita aveva il naso costantemente chiuso. Nello spazio è come se fossimo costantemente a testa in giù; il liquido si accumula nella parte superiore del corpo. Il risultato è un gonfiore del viso. Sembra che le tue gambe si gonfino durante un lungo volo.

Sono sovrastimolati dallo spazio, lavorano a turni e devono anche abituarsi a dormire in un sacco a pelo, legati al muro

"Il nostro corpo spinge i liquidi verso l'alto", spiega Fong. "Quando ci troviamo a gravità zero, i sistemi del corpo continuano a funzionare e, poiché non incontrano resistenza sotto forma di gravità, i tessuti della testa si gonfiano".

Ma il fatto che sembrerai più grasso del solito non è un problema. Ricerche recenti suggeriscono anche che il volo spaziale può influenzare la vista. I ricercatori dell'Università del Texas hanno esaminato gli astronauti utilizzando scanner MRI e due terzi di quelli esaminati presentavano anomalie.

"Non ne abbiamo ancora capito le ragioni", ammette il portavoce della NASA William Jeffs. "Oltre a piccoli cambiamenti nella vista, alcuni astronauti hanno riscontrato gonfiore del nervo ottico, cambiamenti nella retina e deformazione del bulbo oculare". Forse a causa dell'aumento della pressione intracranica."

Una settimana dopo l'inizio. Diminuzione della massa muscolare e ossea

Quando non c'è gravità, il nostro corpo inizia a degradarsi.

"Molti sistemi del nostro corpo si affidano alla gravità per funzionare correttamente", spiega Fong. "In alcuni esperimenti, i ratti hanno perso fino a un terzo della loro massa muscolare in sette-dieci giorni di volo, il che è molto!" Anche il muscolo cardiaco si degrada.

Quando sei in orbita, come sulla Stazione Spaziale Internazionale, questo non è un grosso problema. Ma immaginiamo che tu stia pianificando un volo su Marte. Atterri a 200 milioni di chilometri da casa e il tuo equipaggio non può camminare...

Fin dall’inizio dell’era spaziale, gli scienziati si sono interrogati su come aiutare gli astronauti a mantenere la forma fisica. Ogni membro dell'equipaggio della ISS dedica un'ora al giorno all'allenamento cardio e un'altra ora all'allenamento della forza. Nonostante ciò, quando tornano sulla Terra dopo un turno di sei mesi in orbita, trovano difficoltà a camminare.

La mancanza di gravità colpisce anche le ossa. Si dissolvono, quasi letteralmente. "In alcune zone sottoposte a carico si verificava una perdita dell'1-2% al mese", spiega Fong, "si tratta di una perdita molto significativa di tessuto osseo e di un'enorme quantità di calcio che finisce nel sangue".

Per i futuri esploratori che metteranno piede su Marte per la prima volta, questo potrebbe rappresentare un grosso ostacolo. Sarebbe un peccato se un passo così importante per l’umanità si concludesse con una banale gamba rotta.

Due settimane dopo l'inizio. Insonnia

"L'insonnia è uno dei problemi più comuni", spiega Fong, "i ritmi circadiani degli astronauti, il loro ciclo diurno, tutto va storto". In un'orbita in cui il Sole sorge ogni 90 minuti, gli astronauti hanno difficoltà ad adattarsi alla mancanza della notte naturale.

Inoltre, sono sovrastimolati dallo spazio, lavorano a turni e devono anche abituarsi a dormire in un sacco a pelo, legato al muro.

Per combattere la privazione del sonno, la ISS è dotata di compartimenti notte separati che possono essere oscurati per simulare la notte. È in fase di sperimentazione un nuovo sistema di illuminazione a LED per ridurre l'innaturale durezza della luce a bordo della stazione.

Un anno dopo l'inizio. Malattie

Esistono prove sempre più evidenti che il volo spaziale ha effetti dannosi sul sistema immunitario. I ricercatori della NASA hanno scoperto che i globuli bianchi dei moscerini della frutta in orbita sono meno efficaci nell’ingerire microrganismi estranei e nel combattere le infezioni rispetto a quelli di moscerini geneticamente identici lasciati sulla Terra.

Nello spazio profondo, ad esempio, in viaggio verso la Luna o Marte, la possibilità di ricevere una dose letale di radiazioni diventa sempre più reale.

Questo studio è supportato da altri studi. Altri insetti, topi e salamandre nello spazio diventano più vulnerabili alle malattie. Molto probabilmente, è ancora una volta dovuto alla mancanza di gravità.

L’esposizione alle radiazioni cosmiche fornisce ancora più motivo di preoccupazione. Gli astronauti spesso riferiscono di "vedere" lampi di luce luminosi. Il motivo sono i raggi cosmici che passano attraverso il loro cervello. E questo nonostante il fatto che l’ISS ruoti su un’orbita abbastanza bassa e l’atmosfera terrestre protegga in parte gli abitanti della stazione dalle forti radiazioni cosmiche. Ma nello spazio profondo, ad esempio, sulla strada verso la Luna o Marte, la possibilità di ricevere una dose letale di radiazioni diventa sempre più reale. Ciò può rendere i voli lunghi troppo pericolosi.

Tuttavia, le osservazioni degli astronauti dell'Apollo, che hanno trascorso diversi giorni nello spazio profondo a bordo di una capsula scarsamente protetta, non hanno rivelato una maggiore probabilità di sviluppare il cancro.

A due anni dall'inizio. Depressione

Sei sopravvissuto al decollo, hai superato la nausea, hai imparato a dormire nello spazio e stai facendo esercizi in modo che all'arrivo su Marte potrai camminare con sicurezza sulla sua superficie. Sei in ottima forma fisica. Ma come ti senti psicologicamente?

Nel giugno 2010, l'Agenzia spaziale europea e l'Istituto russo per i problemi biomedici hanno inviato sei persone in un "volo su Marte" di 520 giorni. La simulazione di volo si è svolta alla periferia di Mosca in un modello di astronave. Sono stati esaminati lo stress legato ai voli a lungo raggio e i problemi causati dall'isolamento.

Come risolvere i problemi psicologici delle persone rinchiuse in un angusto barattolo di latta automatizzato, bevendo urina processata e guardando lo spazio infinito e senz'aria attraverso le finestre?

Il viaggio su Marte è andato bene. È stata un'avventura emozionante e l'equipaggio aveva molto da fare. Anche la “passeggiata su Marte” è andata bene. La parte più difficile è stata la parte finale del volo: il ritorno sulla Terra. Le attività quotidiane diventavano gravose e i membri dell’equipaggio si irritavano facilmente. I giorni passavano lentamente. In generale, i partecipanti sono stati sopraffatti dalla noia.

Come risolvere i problemi psicologici delle persone rinchiuse in un angusto barattolo di latta automatizzato, bevendo urina processata e guardando lo spazio infinito e senz'aria attraverso le finestre? Gli specialisti dell'agenzia spaziale continuano a lavorare su questo compito.

"La salute mentale dei nostri astronauti è sempre stata importante per noi quanto la loro salute fisica", afferma Jeffs. "La formazione comportamentale continua, la ricerca e il miglioramento delle tecnologie di comunicazione sono tutti progettati per aiutare a prevenire eventuali problemi".

Per fare questo, prima di tutto, è necessario reclutare le persone giuste all'interno degli equipaggi. Un astronauta che ha un esaurimento nervoso è la cosa peggiore che possa accadere.

Lunghi anni di evoluzione ci hanno adattato alla vita in condizioni di gravità terrestre stabile. L'atmosfera ci protegge e ci permette di respirare. Probabilmente, una qualche versione della gravità artificiale risolverà in parte il problema, ma lo spazio rappresenta comunque una seria minaccia per la salute umana.

L’anno prossimo, la NASA prevede di lanciare un esperimento della durata di un anno sulla ISS per studiare più in dettaglio gli effetti del volo spaziale di lunga durata sugli astronauti. Nel frattempo, chiunque decida di lasciare l'orbita relativamente sicura del nostro pianeta e andare su altri mondi deve ricordare: non esiste ancora alcun medico sulla Terra come l'iconico personaggio di Star Trek. Manca anche la tecnologia che ha utilizzato durante il suo servizio nella Flotta Stellare.

Circa l'autore. Richard Hollingham è un giornalista e conduttore del podcast Space Explorers. Dirige la rivista Space:UK per l'Agenzia spaziale britannica, è commentatore del lancio per l'Agenzia spaziale europea e presenta programmi scientifici alla BBC Radio.

L'articolo originale in inglese può essere letto sul sito.

“Tecnologia per i giovani” 1991 n. 10, pp. 18-19

Vladimir ATSEUKOVSKY,
Candidato di Scienze Tecniche,
Zhukovsky, regione di Mosca.

Il viaggio interstellare è possibile?

La stampa è stata travolta da un'ondata di notizie sugli UFO. Testimoni oculari affermano di aver visto un UFO chiaramente creato dall'uomo. Non hanno dubbi di aver osservato astronavi di civiltà aliene. Tuttavia, la nostra coscienza rifiuta di accettarlo: per i pianeti del sistema solare, la presenza di civiltà diverse dalla Terra è quasi impossibile, perché su di essi non ci sono le condizioni per la vita, almeno sulla loro superficie. Forse sotto la superficie? Improbabile, anche se...

E sui pianeti di altri sistemi può esserci vita, ma è molto lontana da loro: le 28 stelle più vicine si trovano nell'intervallo da 4 (Centauri più vicino) a 13 anni luce (stella di Kapteyn). Stelle come Sirio A e B, Procione A e B, Tau Ceti si trovano all'interno di questo intervallo. Non vicino! Se le navi volano avanti e indietro alla velocità della luce, impiegheranno dagli 8 ai 26 anni in entrambe le direzioni, e questo vale solo per le stelle più vicine. Senza contare il tempo di accelerazione e decelerazione. Questo non è consigliabile, il che significa che devi volare più veloce della luce.

Bene, stimiamo quanto tempo ci vorrà per accelerare a tali velocità (e frenare). Per motivi di chiarezza, i risultati sono riassunti in una tabella, dalla quale è possibile risalire immediatamente al tempo necessario per raggiungere una determinata velocità con una determinata accelerazione. Si scopre: se assumiamo che la durata consentita di un viaggio di sola andata sia pari a un mese, allora è necessario volare a una velocità dell'ordine di molte decine di quella della luce e accelerare (e decelerare) con l'accelerazione di molte centinaia di accelerazioni terrene. Hmmm!.. E per tutto questo dobbiamo ancora trovare energia da qualche parte! Inevitabilmente ci si chiede: i voli interstellari sono fattibili? Ma allora da dove vengono gli UFO? Inoltre, si comportano in modo provocatorio: scompaiono all'improvviso, manovrano ad angolo retto, emettono qualcosa... E se...

Dopotutto, di cosa abbiamo bisogno, dopotutto? Basta rispondere a tre domande:

1. In linea di principio è possibile volare a velocità superiori a quella della luce? (A scuola mi hanno insegnato a non farlo.)

2. È possibile accelerare fortemente senza distruggere il corpo? (Secondo i concetti moderni, già un sovraccarico di 10 volte è il massimo consentito.)

3. È possibile ottenere energia per l'accelerazione e la frenata? (I calcoli mostrano che per questo non è sufficiente l’energia termonucleare.)

Stranamente, tutte le domande, nonostante le note scettiche tra parentesi, hanno già oggi risposte positive. È impossibile volare a velocità superiori a quella della luce solo a causa del divieto imposto da A. Einstein. Ma perché mai la sua teoria della relatività è elevata al rango di verità assoluta? Dopotutto, deriva da postulati, cioè da invenzioni dell'autore, che si basano a loro volta su premesse false. Ad esempio, nel 1887, nel famoso esperimento di Michelson, fu scoperto il vento etereo, sebbene la sua grandezza si rivelò inferiore al previsto (allora il concetto di strato limite non era noto). Che succede? Da un lato, la SRT – la teoria speciale della relatività – non può esistere se esiste l’etere. D'altronde la GTR - la teoria generale della relatività - come scrisse lo stesso Einstein negli articoli “Sull'etere” e “L'etere e la teoria della relatività”, presuppone sempre la presenza dell'etere. Come comprendere questa contraddizione?

La mia revisione critica di tutti i principali esperimenti su SRT e GTR (vedi "Fondamenti logici e sperimentali della teoria della relatività. Revisione analitica." M., MPI, 1990, 56 pp.) ha mostrato che tra questi non ci sono conferme inequivocabili di ciò teoria! Ecco perché qui può essere scontato e non preso in considerazione. Inoltre P. Laplace ha anche stabilito che la velocità di propagazione delle perturbazioni gravitazionali è ben 50 milioni di volte superiore alla velocità della luce, e tutta l'esperienza della meccanica celeste, che opera esclusivamente con formule statiche che presuppongono una velocità infinitamente grande di propagazione della gravità, lo conferma. Insomma, non c’è nessun divieto sulle velocità sub-luce, si è trattato di un falso allarme.

Passiamo alla seconda domanda. Consideriamo come accelera un astronauta? I gas del razzo premono sulla parete della camera di combustione, che preme sul razzo, il razzo preme sullo schienale della sedia e lo schienale della sedia lo preme. E il corpo, l'intera massa dell'astronauta, che cerca di rimanere a riposo, si deforma e sotto forti influenze può collassare. Ma se lo stesso astronauta cadesse nel campo gravitazionale di una stella, anche se accelererebbe molto più velocemente, non subirebbe alcuna deformazione, perché tutti gli elementi del suo corpo vengono accelerati simultaneamente e allo stesso tempo. La stessa cosa accadrà se soffierai etere su un astronauta. In questo caso, il flusso di etere - un vero gas viscoso - accelererà ciascun protone e l'astronauta nel suo insieme, senza deformare il corpo (ricordate il romanzo di fantascienza di A. Belyaev “Ariel”). Inoltre l'accelerazione può assumere qualunque valore, purché il flusso sia uniforme. Quindi anche qui ci sono delle opportunità.

E infine, da dove prendi l’energia? Secondo i miei dati (vedi "Dinamica generale dell'etere. Modellazione delle strutture della materia e dei campi sulla base di idee sull'etere simile al gas." M., Energoatomizdat, 1990, 280 pp), l'etere è un gas reale di struttura fine, comprimibile e viscoso. È vero, la sua viscosità è piuttosto piccola e questo non ha praticamente alcun effetto sulla decelerazione dei pianeti, ma alle alte velocità gioca un ruolo molto evidente. La pressione dell'etere è enorme, più di 2 x 10 pollici 29 atm (2 x 10 pollici 32 N/mq), densità - 8,85 x 10 pollici - 12 kg/cubico. m (nello spazio vicino alla Terra). E come si è scoperto, c'è un processo naturale in esso che può fornirci una quantità illimitata di energia in qualsiasi punto dello spazio in porzioni di qualsiasi dimensione... Stiamo parlando di vortici.

Da dove prendono la loro energia cinetica i normali tornado? Si forma spontaneamente dall'energia potenziale dell'atmosfera. E nota: se quest'ultimo è praticamente impossibile da utilizzare, il primo può essere utilizzato, ad esempio, costringendo un tornado a ruotare una turbina. Tutti sanno che un tornado assomiglia a un tronco, più spesso alla base. L'analisi di questa circostanza ha mostrato che è compresso dalla pressione atmosferica. La pressione esterna fa sì che le particelle di gas nel corpo di un tornado si muovano a spirale durante il processo di compressione. La differenza nelle forze di pressione - esterna e interna (più forza centrifuga) fornisce una proiezione della forza risultante sulla traiettoria delle particelle di gas (Fig. 1) e le fa accelerare nel corpo del tornado. Diventa più sottile e la velocità di movimento della sua parete aumenta. In questo caso vale la legge di conservazione del momento angolare mrv = const, e più il tornado è compresso, maggiore è la velocità del movimento. Pertanto, l'intera atmosfera del pianeta funziona su ogni tornado; La sua energia si basa sulla densità dell'aria pari a 1 kg/metro cubo. m, ed una pressione pari a 1 atm (10 in 5 N/mq). E nell'etere, la densità è inferiore di 11 ordini di grandezza, ma la pressione è maggiore di 29 (!) ordini di grandezza. E anche l'etere ha un proprio meccanismo in grado di fornire energia. Questo è BL, fulmine globulare.

Il modello etere-dinamico di BL è l'unico (!) capace di spiegare tutte le sue caratteristiche nella totalità. E ciò che manca oggi per ottenere energia ecologica dall’etere è imparare a creare CMM artificiali. Naturalmente, dopo impareremo come creare le condizioni per la formazione di vortici nell'etere. Ma non solo non sappiamo come farlo, ma non sappiamo nemmeno in che modo affrontarlo. Un osso estremamente duro da spezzare! Una cosa è incoraggiante: dopo tutto, la natura riesce in qualche modo a crearle, queste CMM! E se è così, forse un giorno anche noi saremo in grado di farcela. E poi non ci sarà bisogno di tutti i tipi di centrali nucleari, centrali idroelettriche, centrali termiche, centrali termiche, centrali eoliche, centrali solari e altre centrali elettriche. Avendo la quantità desiderata di energia in qualsiasi luogo, l'umanità si avvicinerà alla risoluzione dei problemi ambientali in un modo completamente diverso. Naturalmente, a condizione che dovrà vivere in pace sul suo pianeta, e che diavolo, non solo la sua Terra natale verrà distrutta, ma anche l'intero sistema solare! Vedi, con l'energia il problema può essere risolto. Allo stesso tempo, presta attenzione a un dettaglio importante: con questo metodo non sarà necessario accelerare e rallentare la massa di carburante, che ora determina in gran parte la massa della nave.

Ebbene, che dire della nave interstellare stessa, come dovrebbe essere progettata? Sì, almeno nella forma del già familiare “disco volante”. (Fig. 2.) Nella sua parte anteriore ci sono due “prese di etere” che assorbono l'etere dallo spazio circostante. Dietro di loro ci sono camere di formazione di vortici, in cui l'etere scorre in modo vorticoso e autocompattante. Più avanti lungo i condotti del vortice, i tornado eterei vengono convogliati nella camera di annichilazione, dove (con movimenti identici delle viti, ma diretti nella direzione opposta; si annientano a vicenda con l'aratro. L'etere addensato non è più trattenuto dallo strato limite e esplode, disperdendosi in tutte le direzioni. La corrente a getto viene lanciata indietro e in avanti: un flusso che cattura l'intera nave e il corpo dell'astronauta, che accelera senza deformarsi. E la nave vola davanti alla luce, nello spazio euclideo ordinario e nel tempo ordinario ...

Ma che dire dei paradossi dei gemelli, aumento della massa e diminuzione della lunghezza? Ma assolutamente no. Postulati - sono postulati - libere invenzioni, frutti di libera immaginazione. E devono essere messi da parte insieme alla “teoria” che li ha generati. Perché se è giunto il momento per l’umanità di risolvere i problemi applicati, allora nessuna autorità gonfiata con le sue barriere speculative arrivate dal nulla dovrebbe fermarla.

Nota: I libri menzionati possono essere ordinati all'indirizzo: 140160, Zhukovsky, regione di Mosca, casella postale 285.

La risposta richiederà un lungo articolo, anche se è possibile rispondere con un solo carattere: C .

Velocità della luce nel vuoto C , è pari a circa trecentomila chilometri al secondo e non può essere superato. Pertanto, è impossibile raggiungere le stelle più velocemente che in pochi anni (la luce viaggia 4.243 anni fino a Proxima Centauri, quindi la navicella spaziale non può arrivare ancora più velocemente). Se si aggiunge il tempo di accelerazione e decelerazione con un'accelerazione più o meno accettabile per l'uomo, si ottengono circa dieci anni dalla stella più vicina.

Quali sono le condizioni per volare?

E questo periodo è già di per sé un ostacolo significativo, anche se ignoriamo la domanda “come accelerare fino a una velocità vicina a quella della luce”. Ora non ci sono astronavi che permettano all'equipaggio di vivere autonomamente nello spazio per così tanto tempo: gli astronauti ricevono costantemente rifornimenti freschi dalla Terra. Di solito, le conversazioni sui problemi dei viaggi interstellari iniziano con domande più fondamentali, ma inizieremo con problemi puramente applicativi.

Anche mezzo secolo dopo il volo di Gagarin, gli ingegneri non furono in grado di creare una lavatrice e una doccia sufficientemente pratica per i veicoli spaziali, e i servizi igienici progettati per l'assenza di gravità si rompevano sulla ISS con invidiabile regolarità. Un volo almeno su Marte (22 minuti luce invece di 4 anni luce) rappresenta già un compito non banale per i progettisti idraulici: quindi per un viaggio tra le stelle bisognerà inventare almeno una toilette spaziale con una durata di vent'anni garanzia e la stessa lavatrice.

Anche l'acqua per lavarsi, lavarsi e bere dovrà essere portata con sé oppure riutilizzata. Oltre all'aria, anche il cibo deve essere immagazzinato o coltivato a bordo. Sono già stati effettuati esperimenti per creare un ecosistema chiuso sulla Terra, ma le loro condizioni erano ancora molto diverse da quelle spaziali, almeno in presenza di gravità. L’umanità sa come trasformare il contenuto di un vaso da notte in acqua potabile pulita, ma in questo caso è necessario poterlo fare a gravità zero, con assoluta affidabilità e senza un camion carico di materiali di consumo: portando un camion carico di cartucce filtranti per le stelle sono troppo costose.

Lavare i calzini e proteggersi dalle infezioni intestinali può sembrare restrizioni troppo banali e "non fisiche" sui voli interstellari - tuttavia, qualsiasi viaggiatore esperto confermerà che "piccole cose" come scarpe scomode o mal di stomaco causato da cibo sconosciuto durante una spedizione autonoma possono trasformare in una minaccia per la vita.

Risolvere anche i problemi quotidiani più elementari richiede una base tecnologica altrettanto seria quanto lo sviluppo di motori spaziali fondamentalmente nuovi. Se sulla Terra una guarnizione usurata nel serbatoio del WC può essere acquistata nel negozio più vicino per due rubli, sulla nave marziana è necessario fornire una fornitura di tutte queste parti o una stampante tridimensionale per la produzione di pezzi di ricambio da materie prime plastiche universali.

La Marina degli Stati Uniti ha preso sul serio la stampa 3D nel 2013 dopo aver valutato i tempi e i costi necessari per riparare attrezzature militari utilizzando metodi tradizionali sul campo. I militari ritenevano che stampare una rara guarnizione per un componente di un elicottero che era stato interrotto dieci anni fa fosse più facile che ordinare una parte da un magazzino in un altro continente.

Uno dei più stretti collaboratori di Korolev, Boris Chertok, scrisse nelle sue memorie “Rockets and People” che a un certo punto il programma spaziale sovietico dovette affrontare una carenza di contatti. I connettori affidabili per i cavi multipolari dovevano essere sviluppati separatamente.

Oltre ai pezzi di ricambio per attrezzature, cibo, acqua e aria, gli astronauti avranno bisogno di energia. Il motore e le apparecchiature di bordo avranno bisogno di energia, quindi il problema di una fonte potente e affidabile dovrà essere risolto separatamente. Le batterie solari non sono adatte, se non altro a causa della distanza dalle stelle in volo, i generatori di radioisotopi (che alimentano Voyager e New Horizons) non forniscono l’energia necessaria per un grande veicolo spaziale con equipaggio, e non hanno ancora imparato come renderla completa reattori nucleari a tutti gli effetti per lo spazio.

Il programma satellitare sovietico a propulsione nucleare fu rovinato da uno scandalo internazionale seguito allo schianto del Cosmos 954 in Canada, nonché da una serie di fallimenti meno drammatici; un lavoro simile negli Stati Uniti è stato interrotto anche prima. Ora Rosatom e Roscosmos intendono creare una centrale nucleare spaziale, ma si tratta ancora di installazioni per voli a corto raggio e non di un viaggio pluriennale verso un altro sistema stellare.

Forse invece di un reattore nucleare, i futuri veicoli spaziali interstellari utilizzeranno i tokamak. Quest'estate, il MIPT ha tenuto un'intera conferenza davanti a tutti su quanto sia difficile anche determinare correttamente i parametri del plasma termonucleare. A proposito, il progetto ITER sulla Terra sta procedendo con successo: anche chi è entrato oggi nel primo anno ha tutte le possibilità di unirsi ai lavori sul primo reattore termonucleare sperimentale con un bilancio energetico positivo.

Cosa volare?

I motori a razzo convenzionali non sono adatti per accelerare e decelerare una nave interstellare. Chi ha familiarità con il corso di meccanica tenuto al MIPT nel primo semestre può calcolare autonomamente la quantità di carburante necessaria a un razzo per raggiungere almeno centomila chilometri al secondo. Per coloro che non hanno ancora familiarità con l'equazione di Tsiolkovsky, annunceremo immediatamente il risultato: la massa dei serbatoi di carburante risulta essere significativamente superiore alla massa del sistema solare.

L'erogazione del carburante può essere ridotta aumentando la velocità con cui il motore emette il fluido di lavoro, gas, plasma o altro, fino ad un fascio di particelle elementari. Attualmente, i motori al plasma e agli ioni vengono utilizzati attivamente per i voli di stazioni interplanetarie automatiche all'interno del Sistema Solare o per la correzione dell'orbita dei satelliti geostazionari, ma presentano una serie di altri svantaggi. In particolare, tutti questi motori forniscono una spinta troppo debole e non possono ancora dare alla nave un'accelerazione di diversi metri al secondo quadrato.

Il vicerettore del MIPT Oleg Gorshkov è uno degli esperti riconosciuti nel campo dei motori al plasma. I motori della serie SPD sono prodotti presso il Fakel Design Bureau; si tratta di prodotti seriali per la correzione dell'orbita dei satelliti di comunicazione.

Negli anni '50 fu sviluppato un progetto di motore che avrebbe sfruttato l'impulso di un'esplosione nucleare (il progetto Orion), ma era lungi dal diventare una soluzione già pronta per i voli interstellari. Ancora meno sviluppato è il progetto di un motore che sfrutta l'effetto magnetoidrodinamico, cioè accelera grazie all'interazione con il plasma interstellare. In teoria, un veicolo spaziale potrebbe “aspirare” il plasma all’interno e rigettarlo fuori per creare una spinta a getto, ma questo pone un altro problema.

Come sopravvivere?

Il plasma interstellare è costituito principalmente da protoni e nuclei di elio, se consideriamo le particelle pesanti. Quando si muovono a velocità dell'ordine di centinaia di migliaia di chilometri al secondo, tutte queste particelle acquisiscono energia di megaelettronvolt o addirittura decine di megaelettronvolt, la stessa quantità dei prodotti delle reazioni nucleari. La densità del mezzo interstellare è di circa centomila ioni per metro cubo, il che significa che al secondo un metro quadrato dello scafo della nave riceverà circa 10 13 protoni con energie di decine di MeV.

Un elettronvolt, eV, è l'energia che un elettrone acquisisce quando vola da un elettrodo all'altro con una differenza di potenziale di un volt. I quanti di luce hanno questa energia e i quanti ultravioletti con energia maggiore sono già in grado di danneggiare le molecole di DNA. Radiazioni o particelle con energie di megaelettronvolt accompagnano le reazioni nucleari e, inoltre, sono esse stesse in grado di provocarle.

Tale irraggiamento corrisponde ad un'energia assorbita (assumendo che tutta l'energia venga assorbita dalla pelle) di decine di joule. Inoltre, questa energia non arriverà solo sotto forma di calore, ma potrà essere parzialmente utilizzata per innescare reazioni nucleari nel materiale della nave con formazione di isotopi a vita breve: in altre parole, il rivestimento diventerà radioattivo.

Una parte dei protoni incidenti e dei nuclei di elio possono essere deviati da un campo magnetico; la radiazione indotta e la radiazione secondaria possono essere protette da un guscio complesso composto da molti strati, ma anche questi problemi non hanno ancora soluzione. Inoltre, le difficoltà fondamentali del tipo “quale materiale sarà meno distrutto dall'irradiazione” nella fase di manutenzione della nave in volo si trasformeranno in problemi particolari: “come svitare quattro bulloni da 25 in un compartimento con uno sfondo di cinquanta millisievert al ora."

Ricordiamo che durante l'ultima riparazione del telescopio Hubble, gli astronauti inizialmente non sono riusciti a svitare i quattro bulloni che fissavano una delle telecamere. Dopo essersi consultati con la Terra, hanno sostituito la chiave di limitazione della coppia con una normale e hanno applicato la forza bruta. I bulloni si sono spostati fuori posto, la telecamera è stata sostituita con successo. Se il bullone bloccato fosse stato rimosso, la seconda spedizione sarebbe costata mezzo miliardo di dollari. Oppure non sarebbe successo affatto.

Esistono soluzioni alternative?

Nella fantascienza (spesso più fantasy che scientifica), il viaggio interstellare avviene attraverso “tunnel subspaziali”. Formalmente, le equazioni di Einstein, che descrivono la geometria dello spazio-tempo in funzione della massa e dell'energia distribuita in questo spazio-tempo, consentono qualcosa di simile, ma i costi energetici stimati sono ancora più deprimenti delle stime della quantità di carburante per missili per un volo per Proxima Centauri. Non solo hai bisogno di molta energia, ma anche la densità di energia deve essere negativa.

La questione se sia possibile creare un “wormhole” stabile, grande ed energeticamente possibile è legata a questioni fondamentali sulla struttura dell’Universo nel suo complesso. Uno dei problemi irrisolti della fisica è l’assenza di gravità nel cosiddetto Modello Standard, una teoria che descrive il comportamento delle particelle elementari e tre delle quattro interazioni fisiche fondamentali. La stragrande maggioranza dei fisici è piuttosto scettica sul fatto che nella teoria quantistica della gravità ci sarà spazio per i "salti attraverso l'iperspazio" interstellari, ma, in senso stretto, nessuno vieta di cercare una soluzione alternativa per i voli verso le stelle.

Il Ministero della Difesa ha negato a Maxim Suraev il titolo onorifico senza alcuna spiegazione

Maxim Suraev ha lavorato onestamente nello spazio, ma per qualche motivo non gli è stata ancora assegnata una stella eroe.

In generale, il Ministero della Difesa ha sempre deciso sui premi solo per i cosmonauti che fanno parte del personale militare. Gli esploratori spaziali civili vengono onorati da Roscosmos. Ma mai prima d'ora nella storia della cosmonautica russa qualcuno che è volato in orbita è rimasto senza la stella dell'eroe. Sebbene recentemente si siano verificati sempre più spesso ritardi nell'ottenere una decisione positiva da parte del principale dipartimento militare. Ad esempio, Roman Romanenko, che ha volato con Suraev nel 2009, ma è atterrato diversi mesi prima, non ha ricevuto una stella per circa quattro mesi: tre volte ha ricevuto rifiuti dal Ministero della Difesa. Ho anche dovuto lamentarmi con Putin, dopo di che i militari hanno preso una decisione positiva sul premio nel giro di pochi giorni e lo hanno programmato per coincidere con il Giorno della Cosmonautica.

Secondo la maggior parte dei colleghi di Suraev che hanno volato nello spazio prima e dopo di lui, il problema è peggiorato dopo il trasferimento del Centro di addestramento per cosmonauti dal Ministero della Difesa a Roscosmos. "Sembra che ci siamo trasformati in una specie di firmatari", dicono i giovani cosmonauti, "apparentemente in uniforme, ma l'esercito non è necessario e i dipartimenti civili, secondo le regole stabilite, non hanno il diritto di decidere il nostro destino". Forse la leadership del Ministero della Difesa crede che i cosmonauti stiano facendo delle sciocchezze in orbita? Allora quale logica seguono le autorità del paese quando stanziano milioni per lo sviluppo dell’astronautica? Non chiaro.

A proposito, secondo la legge, il Ministro della Difesa è obbligato a giustificare la decisione di rifiutarsi di nominare un astronauta per un premio, dicendo, in questo modo e in quello: il tuo ragazzo si è rivelato incompetente, ha fallito tutti gli esperimenti.. . eccetera. Ma il problema è proprio questo: dal Ministero della Difesa non è arrivata alcuna spiegazione. Sì, e non può essercene nessuno. Dopotutto, Suraev, al contrario, si è distinto durante il volo, eseguendo "eccellente" tutti i tipi di lavoro spaziale, comprese le passeggiate spaziali. E quanto vale il suo blog, attraverso il quale ha comunicato con il mondo intero durante il volo, divulgando l'astronautica domestica! Ma a quanto pare questo non preoccupa i militari. Il Centro di addestramento per cosmonauti invia al ministro, tramite Roscosmos, i documenti per nominare Maxim per il premio, e lui semplicemente rispedisce indietro i documenti non firmati. Quindi, nel dipartimento premi della direzione principale del personale del Ministero della Difesa, dove "MK" ha rivolto una richiesta ufficiale, ci hanno risposto brevemente, laconicamente: "Non forniamo commenti su questo argomento". E anche chi dovrebbe darli non è stato spiegato.

Gli astronauti, che sono già volati in orbita, cercano di non mostrare i loro sentimenti, ma si può immaginare quanto sia offensivo per loro aspettare dieci anni per un "biglietto" per lo spazio, e poi non ricevere nemmeno una stella per il volo. “Se continua così”, ci ha detto Romanenko in cuor suo, “presto nessuno volerà più nello spazio”.

NEL FRATTEMPO

L'Agenzia spaziale federale ha confermato di aver inviato due volte i documenti al Ministero della Difesa della Federazione Russa per conferire il titolo di Eroe della Russia al pilota-cosmonauta Maxim Viktorovich Suraev. Attualmente l'appello su questo argomento è stato inviato direttamente all'Amministrazione del Presidente della Federazione Russa.

Le tecnologie e le scoperte moderne stanno portando l’esplorazione dello spazio a un livello completamente nuovo, ma i viaggi interstellari sono ancora un sogno. Ma è così irrealistico e irraggiungibile? Cosa possiamo fare adesso e cosa possiamo aspettarci nel prossimo futuro?

Studiando i dati ottenuti dal telescopio Keplero, gli astronomi hanno scoperto 54 esopianeti potenzialmente abitabili. Questi mondi lontani si trovano nella zona abitabile, cioè ad una certa distanza dalla stella centrale, consentendo di mantenere l'acqua in forma liquida sulla superficie del pianeta.

Tuttavia, la risposta alla domanda principale, se siamo soli nell'Universo, è difficile da ottenere, a causa dell'enorme distanza che separa il Sistema Solare dai nostri vicini più prossimi. Ad esempio, il pianeta "promettente" Gliese 581g si trova a una distanza di 20 anni luce: questo è abbastanza vicino per gli standard cosmici, ma ancora troppo lontano per gli strumenti terrestri.

L’abbondanza di esopianeti entro un raggio di 100 anni luce o meno dalla Terra e l’enorme interesse scientifico e persino civilistico che rappresentano per l’umanità ci costringono a dare uno sguardo nuovo all’idea finora fantastica del viaggio interstellare.

Il volo verso altre stelle è, ovviamente, una questione di tecnologia. Inoltre, ci sono diverse possibilità per raggiungere un obiettivo così lontano e la scelta a favore di un metodo o di un altro non è ancora stata fatta.

L'umanità ha già inviato nello spazio veicoli interstellari: le sonde Pioneer e Voyager. Attualmente hanno lasciato il sistema solare, ma la loro velocità non consente di parlare di un rapido raggiungimento dell'obiettivo. Pertanto, la Voyager 1, muovendosi a una velocità di circa 17 km/s, volerà anche verso la stella più vicina Proxima Centauri (4,2 anni luce) per un tempo incredibilmente lungo: 17 mila anni.

È ovvio che con i moderni motori a razzo non arriveremo da nessuna parte oltre il Sistema Solare: per trasportare 1 kg di carico anche nella vicina Proxima Centauri sono necessarie decine di migliaia di tonnellate di carburante. Allo stesso tempo, all’aumentare della massa della nave, aumenta la quantità di carburante richiesto ed è necessario carburante aggiuntivo per trasportarla. Un circolo vizioso che mette fine ai serbatoi con combustibile chimico: la costruzione di una nave spaziale del peso di miliardi di tonnellate sembra un'impresa assolutamente incredibile. Semplici calcoli utilizzando la formula di Tsiolkovsky dimostrano che accelerare un veicolo spaziale a propulsione chimica a circa il 10% della velocità della luce richiederebbe più carburante di quello disponibile nell'universo conosciuto.

La reazione di fusione nucleare produce energia per unità di massa in media un milione di volte in più rispetto ai processi di combustione chimica. Ecco perché negli anni '70 la NASA rivolse la sua attenzione alla possibilità di utilizzare motori a razzo termonucleari. Il progetto del veicolo spaziale senza pilota Daedalus prevedeva la creazione di un motore in cui piccoli pellet di combustibile termonucleare sarebbero stati immessi in una camera di combustione e accesi da fasci di elettroni. I prodotti della reazione termonucleare volano fuori dall'ugello del motore e danno accelerazione alla nave.

L'astronave Daedalus rispetto all'Empire State Building

Daedalus avrebbe dovuto portare a bordo 50mila tonnellate di pellet di combustibile con un diametro di 4 e 2 mm. I granuli sono costituiti da un nucleo contenente deuterio e trizio e un guscio di elio-3. Quest'ultimo costituisce solo il 10-15% della massa del pellet di combustibile, ma, in realtà, è il carburante. L'elio-3 è abbondante sulla Luna e il deuterio è ampiamente utilizzato nell'industria nucleare. Il nucleo di deuterio funge da detonatore per innescare la reazione di fusione e provoca una potente reazione con il rilascio di un getto di plasma reattivo, controllato da un potente campo magnetico. Si supponeva che la camera di combustione principale al molibdeno del motore Daedalus pesasse più di 218 tonnellate, la camera del secondo stadio - 25 tonnellate. Anche le bobine superconduttrici magnetiche corrispondono all'enorme reattore: la prima pesa 124,7 tonnellate e la seconda 43,6 tonnellate, per fare un confronto il peso a secco della navetta è inferiore a 100 tonnellate.

Il volo Daedalus doveva essere in due fasi: il motore del primo stadio avrebbe dovuto funzionare per più di 2 anni e bruciare 16 milioni di pellet di combustibile. Dopo la separazione del primo stadio, il motore del secondo stadio ha funzionato per quasi due anni. Pertanto, in 3,81 anni di accelerazione continua, Daedalus avrebbe raggiunto una velocità massima pari al 12,2% della velocità della luce. Una nave del genere coprirà la distanza fino alla stella di Barnard (5,96 anni luce) in 50 anni e sarà in grado, volando attraverso un sistema stellare lontano, di trasmettere via radio alla Terra i risultati delle sue osservazioni. Pertanto, l’intera missione durerà circa 56 anni.

Nonostante le grandi difficoltà nel garantire l’affidabilità dei numerosi sistemi Daedalus e i suoi enormi costi, questo progetto può essere implementato all’attuale livello tecnologico. Inoltre, nel 2009, un team di appassionati ha ripreso il lavoro sul progetto della nave termonucleare. Il progetto Icarus comprende attualmente 20 argomenti scientifici sullo sviluppo teorico di sistemi e materiali di veicoli spaziali interstellari.

Pertanto già oggi sono possibili voli interstellari senza equipaggio su distanze fino a 10 anni luce, che richiederanno circa 100 anni di volo più il tempo necessario al segnale radio per tornare sulla Terra. I sistemi stellari Alpha Centauri, Barnard's Star, Sirius, Epsilon Eridani, UV Ceti, Ross 154 e 248, CN Leo, WISE 1541-2250 rientrano in questo raggio. Come possiamo vedere, ci sono abbastanza oggetti vicino alla Terra da poter essere studiati utilizzando missioni senza pilota. Ma cosa succederebbe se i robot trovassero qualcosa di veramente insolito e unico, come una biosfera complessa? Una spedizione con la partecipazione umana sarà in grado di raggiungere pianeti lontani?

Volo per tutta la vita

Se oggi possiamo iniziare a costruire una nave senza equipaggio, con una nave con equipaggio la situazione è più complicata. Innanzitutto, la questione del tempo di volo è acuta. Prendiamo la stessa stella Barnard. I cosmonauti dovranno essere preparati per un volo con equipaggio dalla scuola, poiché anche se il lancio dalla Terra avviene nel loro 20° anniversario, la navicella spaziale raggiungerà l'obiettivo della missione entro il 70° o addirittura il 100° anniversario (tenendo conto della necessità di frenata, che non è necessario in un volo senza pilota). La selezione di un equipaggio in giovane età è irta di incompatibilità psicologica e conflitti interpersonali, e l'età di 100 anni non dà speranza per un lavoro fruttuoso sulla superficie del pianeta e per il ritorno a casa.

Tuttavia, ha senso tornare? Numerosi studi della NASA portano a una conclusione deludente: una permanenza prolungata a gravità zero distruggerà irreversibilmente la salute degli astronauti. Pertanto, il lavoro del professore di biologia Robert Fitts con gli astronauti della ISS mostra che, anche nonostante un intenso esercizio fisico a bordo della navicella spaziale, dopo una missione di tre anni su Marte, i muscoli grandi, come i muscoli del polpaccio, diventeranno più deboli del 50%. Anche la densità minerale ossea diminuisce in modo simile. Di conseguenza, la capacità di lavorare e sopravvivere in situazioni estreme diminuisce in modo significativo e il periodo di adattamento alla gravità normale sarà di almeno un anno. Il volo a gravità zero per decenni metterà in discussione la vita stessa degli astronauti. Forse il corpo umano sarà in grado di riprendersi, ad esempio, durante la frenata con gravità gradualmente crescente. Tuttavia, il rischio di morte è ancora troppo alto e richiede una soluzione radicale.

La Stanford Tor è una struttura colossale con intere città all'interno di un cerchio rotante.

Sfortunatamente, risolvere il problema dell'assenza di gravità su una nave interstellare non è così semplice. La capacità a nostra disposizione di creare gravità artificiale ruotando il modulo residenziale presenta una serie di difficoltà. Per creare la gravità terrestre, anche una ruota con un diametro di 200 m dovrebbe ruotare ad una velocità di 3 giri al minuto. Con una rotazione così rapida, la forza di Cariolis creerà carichi del tutto insopportabili per il sistema vestibolare umano, provocando nausea e attacchi acuti di mal di mare. L’unica soluzione a questo problema è lo Stanford Tor, sviluppato dagli scienziati dell’Università di Stanford nel 1975. Si tratta di un enorme anello con un diametro di 1,8 km, in cui potrebbero vivere 10mila astronauti. A causa delle sue dimensioni, fornisce una forza di gravità di 0,9-1,0 g e una vita abbastanza confortevole per le persone. Tuttavia, anche a velocità di rotazione inferiori a un giro al minuto, le persone avvertiranno comunque un disagio lieve ma evidente. Inoltre, se viene costruito un compartimento abitativo così gigantesco, anche piccoli cambiamenti nella distribuzione del peso del toro influenzeranno la velocità di rotazione e causeranno vibrazioni dell'intera struttura.

Anche il problema delle radiazioni resta complicato. Anche vicino alla Terra (a bordo della ISS), gli astronauti non rimangono più di sei mesi a causa del pericolo di esposizione alle radiazioni. Il veicolo spaziale interplanetario dovrà essere dotato di una protezione pesante, ma rimane la questione dell'effetto delle radiazioni sul corpo umano. In particolare, il rischio di cancro, il cui sviluppo a gravità zero non è stato praticamente studiato. All'inizio di quest'anno, lo scienziato Krasimir Ivanov del Centro aerospaziale tedesco di Colonia ha pubblicato i risultati di un interessante studio sul comportamento delle cellule del melanoma (la forma più pericolosa di cancro della pelle) a gravità zero. Rispetto alle cellule tumorali coltivate a gravità normale, le cellule coltivate a gravità zero per 6 e 24 ore avevano meno probabilità di metastatizzare. Questa sembra essere una buona notizia, ma solo a prima vista. Il fatto è che questo tipo di cancro “spaziale” può rimanere dormiente per decenni e diffondersi inaspettatamente su larga scala quando il sistema immunitario viene compromesso. Inoltre, lo studio chiarisce che sappiamo ancora poco sulla risposta del corpo umano all’esposizione prolungata allo spazio. Oggi gli astronauti, persone sane e forti, trascorrono lì troppo poco tempo per trasferire la loro esperienza in un lungo volo interstellare.

In ogni caso, una nave per 10mila persone è un'idea dubbia. Per creare un ecosistema affidabile per così tante persone, servono un numero enorme di piante, 60mila polli, 30mila conigli e una mandria di bovini. Questo da solo può fornire una dieta di 2.400 calorie al giorno. Tuttavia, tutti gli esperimenti volti a creare tali ecosistemi chiusi finiscono invariabilmente con un fallimento. Così, durante il più grande esperimento “Biosphere-2” della Space Biosphere Ventures, è stata costruita una rete di edifici ermetici con una superficie totale di 1,5 ettari con 3mila specie di piante e animali. L’intero ecosistema sarebbe dovuto diventare un piccolo “pianeta” autosufficiente abitato da 8 persone. L’esperimento durò 2 anni, ma già dopo poche settimane iniziarono seri problemi: microrganismi e insetti iniziarono a moltiplicarsi in modo incontrollabile, consumando ossigeno e piante in quantità troppo grandi; si scoprì inoltre che senza vento le piante diventavano troppo fragili. A seguito di un disastro ambientale locale, le persone hanno iniziato a perdere peso, la quantità di ossigeno è diminuita dal 21% al 15% e gli scienziati hanno dovuto violare le condizioni dell'esperimento e fornire agli otto "cosmonauti" ossigeno e cibo.

Pertanto, la creazione di ecosistemi complessi sembra essere un modo fuorviante e pericoloso per fornire ossigeno e nutrimento all’equipaggio di un veicolo spaziale interstellare. Per risolvere questo problema serviranno organismi appositamente progettati con geni modificati in grado di nutrirsi di luce, rifiuti e sostanze semplici. Ad esempio, i grandi laboratori moderni per la produzione di alghe commestibili clorella possono produrre fino a 40 tonnellate di sospensione al giorno. Un bioreattore completamente autonomo del peso di diverse tonnellate può produrre fino a 300 litri di sospensione di clorella al giorno, sufficienti a nutrire un equipaggio di diverse dozzine di persone. La clorella geneticamente modificata potrebbe non solo soddisfare i bisogni nutrizionali dell'equipaggio, ma anche trattare i rifiuti, inclusa l'anidride carbonica. Oggi, il processo di ingegneria genetica delle microalghe è diventato un luogo comune e ci sono numerosi esempi sviluppati per il trattamento delle acque reflue, la produzione di biocarburanti, ecc.

sogno congelato

Quasi tutti i problemi di cui sopra relativi al volo interstellare con equipaggio potrebbero essere risolti da una tecnologia molto promettente: l'animazione sospesa o, come viene anche chiamata, criostasi. L'anabiosi è un rallentamento dei processi della vita umana almeno più volte. Se è possibile immergere una persona in un tale letargo artificiale, che rallenta il metabolismo 10 volte, durante un volo di 100 anni invecchierà nel sonno di soli 10 anni. Ciò rende più facile risolvere i problemi di nutrizione, apporto di ossigeno, disturbi mentali e distruzione del corpo a causa degli effetti dell'assenza di gravità. Inoltre, è più facile proteggere un compartimento con camere di animazione sospese da micrometeoriti e radiazioni rispetto a una grande zona abitabile.

Sfortunatamente, rallentare i processi della vita umana è un compito estremamente difficile. Ma in natura esistono organismi che possono ibernare e aumentare la loro aspettativa di vita centinaia di volte. Ad esempio, una piccola lucertola chiamata salamandra siberiana è in grado di ibernare nei momenti difficili e rimanere in vita per decenni, anche se congelata in un blocco di ghiaccio a una temperatura di meno 35-40°C. Sono noti casi in cui le salamandre hanno trascorso circa 100 anni in letargo e, come se nulla fosse accaduto, si sono scongelate e sono scappate dai ricercatori sorpresi. Inoltre, la normale aspettativa di vita “continua” di una lucertola non supera i 13 anni. La straordinaria abilità della salamandra si spiega con il fatto che il suo fegato sintetizza una grande quantità di glicerolo, quasi il 40% del suo peso corporeo, che protegge le cellule dalle basse temperature.

L'ostacolo principale all'immersione di una persona nella criostasi è l'acqua, che costituisce il 70% del nostro corpo. Una volta congelato, si trasforma in cristalli di ghiaccio, aumentando di volume del 10%, provocando la rottura della membrana cellulare. Inoltre, quando la cellula si congela, le sostanze disciolte al suo interno migrano nell'acqua rimanente, interrompendo i processi di scambio ionico intracellulare, nonché l'organizzazione delle proteine ​​e di altre strutture intercellulari. In generale, la distruzione delle cellule durante il congelamento rende impossibile il ritorno alla vita di una persona.

Tuttavia, esiste un modo promettente per risolvere questo problema: i clatrati idrati. Furono scoperti nel 1810, quando lo scienziato britannico Sir Humphry Davy iniettò cloro nell'acqua ad alta pressione e assistette alla formazione di strutture solide. Questi erano idrati di clatrato, una delle forme di ghiaccio d'acqua, che contiene gas estraneo. A differenza dei cristalli di ghiaccio, i reticoli di clatrato sono meno solidi, non hanno spigoli vivi, ma presentano cavità in cui possono “nascondersi” le sostanze intracellulari. La tecnologia dell'animazione sospesa con clatrato sarebbe semplice: la temperatura di un gas inerte, come lo xeno o l'argon, è appena sotto lo zero e il metabolismo cellulare inizia a rallentare gradualmente fino a quando la persona cade in criostasi. Purtroppo la formazione dei clatrati idrati richiede una pressione elevata (circa 8 atmosfere) ed un'altissima concentrazione di gas disciolto nell'acqua. Come creare tali condizioni in un organismo vivente è ancora sconosciuto, sebbene siano stati ottenuti alcuni successi in questo settore. Pertanto, i clatrati sono in grado di proteggere il tessuto muscolare cardiaco dalla distruzione dei mitocondri anche a temperature criogeniche (sotto i 100 gradi Celsius), oltre a prevenire danni alle membrane cellulari. Non si parla ancora di esperimenti sull'animazione sospesa con clatrato negli esseri umani, poiché la domanda commerciale per le tecnologie di criostasi è ridotta e la ricerca su questo argomento è condotta principalmente da piccole aziende che offrono servizi di congelamento dei corpi dei morti.

Volo sull'idrogeno

Nel 1960, il fisico Robert Bussard propose il concetto originale di un motore termonucleare ramjet, che risolve molti dei problemi dei viaggi interstellari. L'idea è quella di utilizzare l'idrogeno e la polvere interstellare presenti nello spazio. Un veicolo spaziale con un tale motore accelera prima con il proprio carburante, quindi apre un enorme imbuto di campo magnetico, migliaia di chilometri di diametro, che cattura l'idrogeno dallo spazio. Questo idrogeno viene utilizzato come fonte inesauribile di carburante per un motore a razzo a fusione.

L'utilizzo del motore Bussard promette enormi vantaggi. Innanzitutto, grazie al carburante “gratuito”, è possibile muoversi con un'accelerazione costante di 1 g, il che significa che scompaiono tutti i problemi legati all'assenza di gravità. Inoltre, il motore ti consente di accelerare a velocità enormi: il 50% della velocità della luce e anche di più. Teoricamente, muovendosi con un'accelerazione di 1 g, una nave dotata di motore Bussard può coprire una distanza di 10 anni luce in circa 12 anni terrestri, e per l'equipaggio, a causa degli effetti relativistici, sarebbero trascorsi solo 5 anni di tempo della nave.

Sfortunatamente, il percorso verso la creazione di una nave con un motore Bussard deve affrontare una serie di problemi seri che non possono essere risolti all'attuale livello tecnologico. Prima di tutto, è necessario creare una trappola gigante e affidabile per l’idrogeno, generando campi magnetici di forza gigantesca. Allo stesso tempo, deve garantire perdite minime e un trasporto efficiente dell’idrogeno al reattore termonucleare. Lo stesso processo della reazione termonucleare di conversione di quattro atomi di idrogeno in un atomo di elio, proposto da Bussard, solleva molte domande. Il fatto è che questa reazione più semplice è difficile da implementare in un reattore a passaggio singolo, poiché procede troppo lentamente e, in linea di principio, è possibile solo all'interno delle stelle.

Tuttavia, i progressi nello studio della fusione termonucleare fanno sperare che il problema possa essere risolto, ad esempio, utilizzando isotopi “esotici” e antimateria come catalizzatore della reazione.

Finora la ricerca sul tema del motore Bussard si trova esclusivamente sul piano teorico. Sono necessari calcoli basati su tecnologie reali. Innanzitutto è necessario sviluppare un motore in grado di produrre energia sufficiente per alimentare la trappola magnetica e mantenere la reazione termonucleare, produrre antimateria e vincere la resistenza del mezzo interstellare, che rallenterà l’enorme “vela” elettromagnetica.

Antimateria in soccorso

Può sembrare strano, ma oggi l'umanità è più vicina alla creazione di un motore ad antimateria che all'intuitivo e apparentemente semplice motore ramjet Bussard.

La sonda sviluppata da Hbar Technologies avrà una sottile vela in fibra di carbonio rivestita di uranio 238. Quando l'antiidrogeno colpirà la vela, si annienterà e creerà una spinta a getto.

Come risultato dell'annientamento dell'idrogeno e dell'antiidrogeno, si forma un potente flusso di fotoni, la cui velocità di deflusso raggiunge il massimo per un motore a razzo, ad es. velocità della luce. Questo è un indicatore ideale che consente di raggiungere velocità prossime alla luce molto elevate di un veicolo spaziale alimentato da fotoni. Sfortunatamente, usare l'antimateria come combustibile per missili è molto difficile, poiché durante l'annientamento si verificano esplosioni di potenti radiazioni gamma che uccideranno gli astronauti. Inoltre, non esistono ancora tecnologie per immagazzinare grandi quantità di antimateria, e il fatto stesso di accumulare tonnellate di antimateria, anche nello spazio lontano dalla Terra, rappresenta una seria minaccia, poiché l’annientamento anche di un chilogrammo di antimateria equivale a un’esplosione nucleare. esplosione con una potenza di 43 megatoni (un'esplosione di tale forza può trasformarne un terzo nel deserto del territorio americano). Il costo dell’antimateria è un altro fattore che complica il volo interstellare alimentato dai fotoni. Le moderne tecnologie di produzione dell’antimateria consentono di produrre un grammo di antiidrogeno al costo di decine di trilioni di dollari.

Tuttavia, i grandi progetti di ricerca sull’antimateria stanno dando i loro frutti. Attualmente sono stati creati speciali impianti di stoccaggio dei positroni, le “bottiglie magnetiche”, contenitori raffreddati da elio liquido con pareti costituite da campi magnetici. Nel giugno di quest'anno, gli scienziati del CERN sono riusciti a preservare gli atomi di antiidrogeno per 2000 secondi. Presso l'Università della California (USA) è in costruzione il più grande deposito di antimateria del mondo, che sarà in grado di accumulare più di un trilione di positroni. Uno degli obiettivi degli scienziati della UC è creare serbatoi di antimateria portatili che possano essere utilizzati per scopi scientifici lontano dai grandi acceleratori. Il progetto ha il sostegno del Pentagono, che è interessato alle applicazioni militari dell'antimateria, quindi è improbabile che il più grande assortimento di bottiglie magnetiche al mondo sia a corto di finanziamenti.

I moderni acceleratori saranno in grado di produrre un grammo di antiidrogeno in diverse centinaia di anni. Si tratta di un tempo molto lungo, quindi l'unica via d'uscita è sviluppare una nuova tecnologia per la produzione di antimateria o unire gli sforzi di tutti i paesi del nostro pianeta. Ma anche in questo caso, con le moderne tecnologie, è impossibile anche solo sognare di produrre decine di tonnellate di antimateria per un volo interstellare con equipaggio.

Tuttavia, non tutto è così triste. Gli specialisti della NASA hanno sviluppato diversi progetti per veicoli spaziali che potrebbero andare nello spazio profondo con un solo microgrammo di antimateria. La NASA ritiene che il miglioramento delle attrezzature consentirà di produrre antiprotoni ad un costo di circa 5 miliardi di dollari al grammo.

L'azienda americana Hbar Technologies, con il supporto della NASA, sta sviluppando il concetto di sonde senza pilota guidate da un motore alimentato ad antiidrogeno. Il primo obiettivo di questo progetto è creare un veicolo spaziale senza equipaggio che possa volare nella fascia di Kuiper, alla periferia del sistema solare, in meno di 10 anni. Oggi è impossibile volare verso punti così distanti in 5-7 anni; in particolare, la sonda New Horizons della NASA volerà attraverso la fascia di Kuiper 15 anni dopo il lancio.

Una sonda che percorre una distanza di 250 UA. tra 10 anni sarà molto piccolo, con un carico utile di soli 10 mg, ma avrà bisogno anche di un po' di antiidrogeno: 30 mg. Il Tevatron produrrebbe quella quantità entro pochi decenni e gli scienziati potrebbero testare il nuovo concetto di motore in una vera missione spaziale.

I calcoli preliminari mostrano anche che una piccola sonda potrebbe essere inviata su Alpha Centauri in modo simile. Con un grammo di antiidrogeno raggiungerà una stella lontana tra 40 anni.

Può sembrare che tutto quanto sopra sia fantasia e non abbia nulla a che fare con il prossimo futuro. Fortunatamente, non è questo il caso. Mentre l’attenzione pubblica è focalizzata sulle crisi globali, sui fallimenti delle pop star e su altri eventi attuali, le iniziative epocali rimangono nell’ombra. L’agenzia spaziale della NASA ha lanciato l’ambizioso progetto 100 Year Starship, che prevede la creazione graduale e pluriennale di una base scientifica e tecnologica per i voli interplanetari e interstellari. Questo programma non ha analoghi nella storia dell'umanità e dovrebbe attrarre scienziati, ingegneri e appassionati di altre professioni da tutto il mondo. Dal 30 settembre al 2 ottobre 2011 si terrà a Orlando, in Florida, un simposio per discutere delle varie tecnologie del volo spaziale. Sulla base dei risultati di tali eventi, gli specialisti della NASA svilupperanno un piano aziendale per assistere alcune industrie e aziende che stanno sviluppando tecnologie attualmente mancanti, ma necessarie per i futuri viaggi interstellari. Se l'ambizioso programma della NASA avrà successo, entro 100 anni l'umanità sarà in grado di costruire un veicolo spaziale interstellare e ci sposteremo nel sistema solare con la stessa facilità con cui voliamo oggi da un continente all'altro.