Пентагон нацелился на звезды

ТЕКСТ: Дмитрий Малянов

ФОТО: physorg.com

Оборонное и космическое агентства США объявили о начале реализации нового космического проекта «Через сто лет к звездам», предполагающего отправку пилотируемой экспедиции в дальний космос. Не успевшие присоединиться к инициативе рискуют остаться без билета.

В октябре прошлого года руководство NASA в лице Питера Уордена, директора одного из головных офисов агентства – Исследовательского центра Эймса, объявило о запуске совместно с DARPA, Агентством передовых оборонных исследовательских проектов при министерстве обороны США, годовой программы, целью которой, согласно пресс-релизу, является «разработка устойчивой и долгосрочной бизнес-модели, необходимой для реализации в течение ста ближайших лет пилотируемой экспедиции к другим звездным системам».

Проект получил название «Через 100 лет к звездам» (The 100-Year Starship study).

Реакция блогосферы и СМИ на совместное заявление двух ведущих инновационных монстров США – космического и оборонного – колебалась в диапазоне от удивленно-скептической до шутливо-ироничной, если не сказать больше.

Памятуя о дефиците финансирования американских космических программ, многие из которых оказались либо свернуты, либо отложены, либо радикально переформулированы (так, вместо Марса было решено слетать сначала к астероиду), эксперты сошлись во мнении, что инициатива госагентств представляет собой очередной пиар прожектеров-технократов, способный произвести впечатление разве что на будущих налогоплательщиков – подростков, насмотревшихся голливудских фильмов.

На какое-то время о проекте забыли,

но уже весной этого года стало ясно, что звездная заявка оборонно-космических агентств намного более серьезна, чем предполагалось ранее.

Так, в начале январе, NASA и DARPA провели в Кремниевой долине (Северная Калифорния), где сосредоточены офисы инновационных компаний и венчурных фондов, двухдневный рабочий семинар с участием тридцати ведущих инженеров аэрокосмической промышленности, инвестиционных менеджеров, научных консультантов и «техновизионеров», где был определен ближайший круг задач, переводящих проект межзвездной пилотируемой экспедиции из чисто фантастической в сугубо практическую область.

Еще более интересная заявка последовала в мае, когда DARPA официально выставила на своем сайте так называемый «запрос информации» (RFI, request for information), предложив всем заинтересованным лицам и группам заявить о своих интересах и предполагаемом участии в проекте «Через 100 лет к звездам» до 3 июня этого года. В терминах организаций, принимающих решения, «запрос информации» – уже не говорильня, а формальная процедура, запускающая венчурную бизнес-машину на ранних стадиях капитализации проекта и определяющая круг агентов, потенциально заинтересованных в решении какой-либо технической задачи.

Похоже, что содержание 150 информационных резюме, присланных в агентство, оказалось настолько вдохновляющим, что менеджеры DARPA решили перейти Рубикон и прокрутить колесики машины еще на целый оборот и выставить в июне «запрос на проект» (RFP, request for proposal), инициировав следующую стадию, на которой от заинтересованных агентов требуется сформулировать конкретные стратегии и способы реализации проекта.

Крайний срок поступления онлайн-заявок – 8 июля этого года.

Далее планируется, что авторы заявок презентуют свои предложения по реализации межзвездной пилотируемой миссии на специально организованном симпозиуме в Орландо (Флорида, США) с 30 сентября по 2 октября 2011 года. А уже через месяц по результатам этих презентаций агентства вынесут решение, кому из участников, озвучивших «эффективную дорожную карту по финансированию и организации исследовательских и технических работ, необходимых для реализации межзвездной пилотируемой миссии», присудить «разгонный» грант в размере 500 тысяч долларов.

В запросе DARPA перечисляет ключевые проблемы, решение которых (либо подходы к этому решению) должны предложить докладчики и соискатели гранта.

Среди них технические вопросы, связанные с методом и способами транспортировки экипажа (двигательные технологии), вопросы, связанные с биологией и медициной (система жизнеобеспечения), коммуникация с Землей, а также целая группа экономических, политических и гуманитарных проблем, от решения которых будет – на достаточно большом промежутке времени, охватывающем несколько поколений людей, – зависеть успешная реализация проекта межзвездной экспедиции.

«Проект «Через сто лет к зведам» на самом деле не сводится к постройке космического корабля или разработке каких-то узко специальных технологий», – отмечает на сайте координатор проекта в DARPA Поль Еременко. «Наша задача –

вдохновить несколько поколений людей на исследовательскую деятельность и прорывные инновации в огромном диапазоне дисциплин – физике, математике, биологии, экономике, психологии, в социальных, политических и гуманитарных науках, а также в искусстве и образовании».

Интересно, что лейтмотивом всех запросов DARPA стал пункт, настойчиво ориентирующий потенциальных участников проекта на разработку эффективной венчурной бизнес-модели, предусматривающей минимальное участие государства в финансировании «Через 100 лет к звездам». Точнее даже сказать, в идеале, его полное неучастие в этом предприятии.

Логику крепко подружившихся агентств понять можно.

Дотируемое из госбюджета, NASA уже испытало все прелести короткого поводка, на котором американский налогоплательщик держит его последние десять лет. В свою очередь, DARPA, которое называют «теневым инновационным локомотивом Пентагона», за полвека бурной и успешной деятельности накопило богатейший опыт по реализации в железе самых рискованных идей силами университетских лабораторий, энтузиастов-гиков и частного венчурного капитала (благодаря одной из них – сети передачи данных – вы проводите перед монитором компьютера большую часть рабочего и свободного времени).

Как скоро «запрос информации» и «запрос проекта» сменится «заявкой на подряд» и, главное, «запросом стоимости» (RFQ, request for quotation), после которого можно будет заказывать билеты к звездам, покажет время (так, по расчетам Питера Уордена проект движка для звездолета – при соответствующей аккумуляции финансовых и инженерных ресурсов – можно разработать уже в ближайшие пятнадцать-двадцать лет). Но главное здесь даже не вопрос времени.

В 1958 году, когда под впечатлением от космических успехов СССР было создано DARPA, полет на Луну, о котором ровно за сто лет до этого мечтал Жюль Верн, был осуществлен американцами за десять лет. И нет сомнений, что и на этот раз они не уложатся в оговоренные, притом довольно большие, сроки.

Главное, что технократическая элита США сделала, наконец, вторую за последние полвека серьезную заявку на овладение будущим, открыв звездную эпоху. Так что те, кто не успеет к ней присоединиться или как минимум стать полезным попутчиком, рискуют в конце маршрута или вовсе остаться без билета, или заплатить за него слишком большую цену.

Звездоплавание: проекты и реальность

Для того, чтобы космический аппарат стал звездолётом, достаточно, чтобы он набрал третью космическую скорость – минимально необходимую скорость, позволяющую преодолеть притяжение Солнца и в результате уйти за пределы Солнечной системы в межзвёздное пространство. Космический аппарат может достичь третьей космической скорости уже при 16,6 км/с относительно Земли, а при старте с Земли в самом неблагоприятном направлении его необходимо разогнать до 72,8 км/с.

Реализованные межзвездные миссии

В настоящее время звездолётами такого типа являются покинувшие Солнечную систему аппараты

«Пионер-10» (аппарат направляется в сторону Альдебарана и достигнет окрестностей нынешнего положения звезды через 2 миллиона лет), «Пионер-11» (сейчас движется в направлении созвездия Щит) , «Вояджер-1» (движется по гиперболической траектории и в 2015 году будет находиться на расстоянии приблизительно 133,15 а. е. от Солнца) и «Вояджер-2». Они достигли третьей космической скорости и покинули Солнечную систему; теперь с их помощью изучают межзвёздное пространство. Однако аппаратов, чьей прямой миссией был бы полёт до ближайших звёзд, пока не создано. Расстояние до ближайшей звезды (Проксимы Центавра) составляет около 4,243 световых лет, то есть примерно в 268 тысяч раз больше расстояния от Земли до Солнца. Для сравнения «Вояджер-2» находится от Солнца примерно в 14 млрд. км.

Нереализованные проекты межзвездных экспедиций

Проект «Орион». С 1950-60 гг. в США разрабатывался космический корабль с ядерно-импульсным ракетным двигателем для исследования межпланетного пространства «Орион». В ходе работ были предложены проекты большого и малого звездолётов («кораблей поколений»), способных добраться до звезды Альфа Центавра за 1800 и 130 лет соответственно.

Проект «Дедал». С 1973 по 1978 год Британское межпланетное общество разрабатывало проект «Дедал» целью которого было создать наиболее правдоподобный проект автоматического аппарата с термоядерным ракетным двигателем, способного достичь звезды Барнарда за 50 лет.
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 неопределенное время.

Реальные способы долететь до звезд, используя известные законы физики

Давление элеткромагнитного излучения. Идея о использовании давления света для осуществления межпланетных путешествий была выдвинута практически сразу после открытия этого давления физиком П. Н. Лебедевым в работах К. Циолковского и Ф. Цандера. Однако реальная возможность получения электромагнитного луча нужной мощности появилась только после изобретения лазеров.
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».
В 1985 году Р. Форвардом была предложена конструкция межзвёздного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звёзд за 21 год.
На 36-м Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолёта, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчётам, путь звездолёта этой конструкции до звезды Эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.

Энергия аннигиляции. Обычные химические реакции, известные на текущий момент, не позволяют достичь скоростей истечения, необходимых для разгона ракеты до околосветовой скорости. В качестве одного из вариантов решения проблемы предлагается использование в качестве рабочего вещества ракеты элементарные частицы, движущиеся со световой или околосветовой скоростью. Для получения таких частиц можно использовать аннигиляцию материи и антиматерии. Например, взаимодействие электронов и позитронов порождает гамма-излучение, которое используется для создания реактивной тяги в конструкциях так называемых фотонных ракет. Может быть также использована реакция аннигиляции протонов и антипротонов, в результате которой образуются пионы. Основными проблемами, которые выделяются учёными и инженерами, анализировавшими конструкции аннигиляционных ракет, являются получение нужного количества антивещества, его хранение, а также фокусировка потока частиц в нужном направлении.

Прямоточные двигатели, работающие на межзвёздном водороде. Основная составляющая массы современных ракет — это масса топлива, необходимого ракете для разгона. Если удастся каким-нибудь образом использовать в качестве рабочего тела и топлива окружающую ракету среду, можно значительно сократить массу ракеты и достичь за счёт этого больших скоростей движения. В 1960-е годы Бюссаром была предложена конструкция межзвёздного прямоточного реактивного двигателя (МПРД). Она схожа с конструкцией воздушно-реактивных двигателей. Межзвёздная среда состоит в основном из водорода. Этот водород может быть захвачен и использован в качестве рабочего тела. Кроме того, он может быть использован в качестве топлива для управляемой термоядерной реакции, служащей источником энергии для создания ускоряющего ракету реактивного потока. Поскольку межзвёздная среда является крайне разреженной (порядка 1 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.

Корабли поколений (ковчеги). Возможны также межзвёздные путешествия с использованием звездолётов, реализующих концепцию «кораблей поколений» (например, по типу колоний О'Нейла). В таких звездолётах создаётся и поддерживается замкнутая биосфера, способная поддерживать и воспроизводить себя в течение нескольких тысяч лет. Полёт происходит с небольшой скоростью и занимает очень долгое время, на протяжении которого успевают смениться многие поколения космонавтов. В качестве такого звездного ковчега могут быть использованы кометы из Пояса Койпера, содержащие замороженные углеводороды (источник энергии и реактивного пропеллента) и воду. Кометное вещество будет служить защитой экипажа от галактического излучения и столкновений.

Нанороботы и информационные пакеты. Вместо транспортировки самих людей на большие астрономические расстояния можно посылать к окрестностям звезд информацию – либо тексты человеческих ДНК, либо копии сознания, записанные на долгоживущие носители или в виде электромагнитного излучения. В этом случае путешествие к звездам будет происходить со скоростью света в вакууме. На месте заранее посланные устройства могут обеспечить технологические условия для пересборки людей. Также после разработки технологии аплоудинга мозга (загрузки сознания на небиологические носители) проблема скорости доставки людей к звездам как таковая обессмысливается: такие записи могут путешестовать по космосу сколь угодно долго.

Теневой инновационный локомотив Пентагона

DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) — агентство передовых оборонных исследовательских проектов). Агентство Министерства обороны США, отвечающее за разработку новых технологий как для использования в вооружённых силах, так и двойного назначения. Миссией DARPA является сохранение технологического превосходства вооруженных сил США, предотвращение внезапного для США появления новых технических средств вооруженной борьбы, поддержка прорывных исследований, преодоление разрыва между фундаментальными исследованиями и их применением в военной сфере.

DARPA было основано в 1958 году в ответ на запуск Советским союзом спутника Спутник-1. Перед DARPA была поставлена задача сохранения военных технологий США передовыми. DARPA независима от обычных военных научно-исследовательских учреждений, не встроена в ведомственную субординационную пирамиду и подчиняется непосредственно верховному руководству Министерства обороны. Агентство насчитывает около 240 сотрудников (из которых примерно 140 — технические специалисты). Бюджет организации составляет приблизительно 3,2 миллиарда долларов. Числа приблизительны, поскольку DARPA концентрируется на краткосрочных проектах (от двух до четырёх лет), ведомых небольшими, специально подобранными командами.

ARPA была ответственна за спонсирование разработки сети ARPANET (которая переросла в Интернет), а также версии BSD (университета Беркли) системы Unix и стека протоколов TCP/IP.

Большинство технологических новшеств, сформировавших облик современных вооруженных сил США, были разработаны и внедрены при непосредственной поддержке DARPA. К ним относятся: технология «стелс», различное высокоточное оружие, новейшие средства разведки и наблюдения.

DARPA по сравнению с исследовательскими подразделениями видов вооруженных сил позволяет расширить возможности НИОКР, отойти от существующей системы требований и регламентов, связывающей другие подразделения Минобороны США. Подход DARPA к НИОКР отличается большей гибкостью и свободой.

Менеджеры программ в научно-исследовательских управлениях Министерства обороны часто имеют широкие полномочия в принятии решений о финансировании и взаимодействии с потенциальными заявителями, что может быть важным во время формирования научного плана исследований и концепции проекта. Менеджеры программ как правило коммуникабельны и восприимчивы к телефонным звонкам и электронным письмам, открыты для обсуждения исследования с потенциальными заявителями, насколько их предложения соответствуют требованиям Агентства. Менеджеры программ также часто посещают научные и отраслевые профессиональные конференции, представляющие интерес для их управлений, хорошее место для установления отношений.

Структуру Агентства составляют 6 основных подразделений:

1. Адаптивного управления (AEO) – исследования в области построения адаптивных платформ и архитектур, включая универсальные программные платформы, модульные аппаратные средства, многофункциональные информационные системы и средства разработки и проектирования;
2. Оборонных исследований (DSO) – исследования в области фундаментальной физики, новых технологий и приборов на новых физических принципах, энергетики, новые материалы и биотехнологии, прикладной и вычислительной математики, медико-биологические средства защиты, биомедицинские технологии.
3. Инноваций в информационных технологиях (I2O) – информационные системы мониторинга и управления, технологии высокопроизводительных вычислений, интеллектуальный анализ данных, системы распознавания образов, когнитивные системы машинного перевода;
4. Микросистемных технологий (MTO) - технологии электроники, фотоники, микромеханических систем, перспективной архитектуры интегрированных микросхем и алгоритмов распределенного хранения данных;
5. Стратегических технологий (STO) – системы связи, средства защиты информационных сетей, средства радиоэлектронной борьбы (РЭБ), устойчивость систем к кибер-атакам, системы обнаружения замаскированных целей на новых физических принципах, энергосбережение и альтернативные источники энергии;
6. Тактических технологий (TTO) – современные высокоточные системы вооружения, лазерное оружие, беспилотные средства вооружений на базе воздушных, космических, наземных и морских платформ, перспективные космические системы мониторинга и управления.

Использованы материалы DARPA и Fizteh.ru