На главную Гостевая книга Архив новостей Статьи Галерея


Прогноз

Перспективы будущего

Часть 1.
Причины и перспективы освоения Солнечной системы

В середине ХХ века еще до начала реальных полетов в космос перспектива освоения космоса выглядела отвлеченной фантастикой. Есть достаточно характерный пример, когда события в романе И. Ефремова "Туманность Андромеды" были отнесены автором на несколько тысяч лет вперед. Однако всего через несколько лет после выхода романа в свет состоялся полет первого спутника, и автору пришлось передвинуть события сразу на 1000 лет ближе к нашему времени.

Еще в 60-70-е гг. ХХ века считалось, что человеческая цивилизация, а вместе с ней и космонавтика развивается по экспоненциальному закону. Отсюда делался очень оптимистический вывод о том, что уже скоро начнется эра межзвездных перелетов, а волна человеческой цивилизации распространится на ближнюю часть галактики.

Развитие теория эволюции сложных систем позволило построить математические модели. С появлением такие модели ЭВМ были рассчитаны и результаты расчетов и за прошедшие десятилетия прошли проверку временем. В теории развития сложных систем популярны экспоненциальные и логистические модели. Экспоненциальные модели основаны на предположении, что рост некого числа, например численности населения, идет в геометрической прогрессии (скорость роста числа прямо пропорциональна самому числу): dN/dt = k·N.

Логистические, или равновесные модели основаны на идее о том, что число не может расти до бесконечности, а должно асимптотически стремиться к некому пределу. В простейшем варианте предполагается, что в начале скорость роста постоянна, а по мере приближения к максимуму она снижается и выходит на плато: dN/dt = k(Nmax - N).

Это простейшие модели. Очевидно, что в разных системах наблюдается различный темп роста. Например, население Земли в прежние столетия росло по гиперболическому закону. Гиперболический рост отличается от экспоненциального тем, что скорость роста численности пропорциональна не самой численности, а ее квадрату: dN/dt = k·N2. Однако в последние десятилетия темп начал снижаться и уже начали обсуждать, что население Земли будет расти скорее по логистическому закону (S-кривая) приближаясь некому пределу. Логистический закон представлен на рис 1.

Логистическая функция

В настоящее время многие ученые склоняются к тому, что не только население, но дальнейшее развитие человечества пойдет именно по кривой с "насыщением". Однако это только гипотеза и до конца не ясно, выполнится ли логистический закон в дальнейшем или в своем развитии человечества просто сменило коэффициент в уравнениях.

На коротких временных отрезках логистическая, и экспоненциальная функции в некотором приближении описываются линейной функцией. Поэтому для иллюстрации максимальных ожидаемых темпов я проведу сравнение между экспоненциальным и линейным законами развития.

На рис. 2 приведено условное сравнение для разных темпов продвижения. Один темп описывается линейной зависимостью, а другой экспоненциальной зависимостью. Под "неким параметром" в нашем случае можно принять дальность проникновения космических кораблей во вселенной. Пусть, в начальный момент времени дальность проникновения составит одну условную единицу, например, это будет 1 астрономическая единица. Математически линейная зависимость описывается выражением y = k·t, а экспоненциальная y = et. Здесь t время, а k = 2.7 - формальный коэффициент, а фактически может быть скорость и принимает такое значение для удобства сравнения.

Подпись:  Рис. 1. Сравнение экспоненциальной (синяя) и линейной (красная) зависимостей для формального примера;

Понятно, что это чисто иллюстративная модель. Смысл её такой. Пусть t измеряется в десятилетиях, тогда для k = 2.7 получим увеличение дальности полетов в 2.7 раза за 10 лет.

В свете прошедшего этапа развития космонавтики, когда корабли "бороздили просторы вселенной" в основном на орбите Земле данное предположение выглядит очень смелым. Но для формального рассмотрения это не так не принципиально.

При выбранных параметрах за 10 лет освоенное расстояние для линейной и экспоненциальной зависимостей будет одинаковым и составит 2.7 а.е. Попросту говоря примерно в три раза дальше смогут летать корабли землян. Но уже через 20 лет появляется ощутимая разница. При линейной зависимости корабли улетят только на 5.4 а.е, а при экспоненциальной на 7.3 а.е. Через 30 лет разница будет уже почти трехкратной и так далее. Поскольку экспонента растет очень быстро, то можно легко представить, что всего через несколько столетий люди покорят всю галактику.

Основанием для такого оптимизма стало наличие подобных тенденций в развитии других научно-технических направлений. Например, прирост быстродействия компьютеров описывался экспоненциальной зависимостью и т.п. В результате в некоторых прогнозах имело место механическое перенесение неких последствий научно-технической революции в космонавтику.

Однако уже вскоре оптимизм начал сменяться пессимизмом и все чаще стали говорить о проблемах Земли, которые будут сдерживать экспансию человека в космосе. Да и техническое развитие по некоторым традиционным направлениям несколько замедлилось.

Быстро, как мечтали, не удалось создать термоядерные реакторы, ядерные двигатели, появились серьезные проблемы в медико-биологическом обеспечении длительных полетов. Разработка межзвездных кораблей так и не вышла за пределы перспективного научного поиска. Теперь уже никто не обещает быстро долететь до звезд. Поскольку были реально оценены трудности таких перелетов. Хотя еще во второй половине ХХ века прорабатывалось несколько проектов межзвездных экспедиций.

Причины замедления развития космонавтики известны. Не буду здесь на них останавливаться. По крайней мере ясно, что экспоненциальной волны человеческой цивилизации во вселенной в обозримом будущем не предвидится. Хотя оптимисты допускают, что экспоненциальный темп продолжиться, вот только параметр может оказаться маленьким. Но для слишком медленного темпа, когда человечество по тем или иным причинам или не может или не захочет, развитие сведется к топтанию на месте или даже к отказу от освоения дальнего космоса. Обсуждать подобный вариант не имеет смысла. Поэтому в дальнейшем я рассмотрю перспективы освоения космоса исходя из самой на мой взгляд реалистической модели, в которой используется линейный закон. Очевидно, что коэффициент k пока не обсуждается.

Темп развития на протяжении длительных промежутков времени не может быть одним и тем же. Посмотрим, как повлияет на темп освоения Вселенной глобальный катаклизм (рис.2). Пусть в течение ста лет темп развития будет линейный и соответствует принятой выше модели. На рубеже веков мир проваливается в глобальный конфликт, за которым следует длительная, почти на полстолетия депрессия. По окончанию трудного периода, допустим, будет наблюдаться прежний рост. Мы видим, что спустя примерно полтора столетия после катаклизма мир возвращается в исходное состояние. Дальше развитие продолжается с тем же темпом. Таким образом, практически любой катаклизм, если он не ставит человечество на грань вымирания, только на некий период времени замедляет космическую экспансию.

Подпись: Рис. 2. Влияние катаклизма и последующей депрессии на темп развития (иллюстративный пример;

Необходимо только наличие некой сверхпричины, которая бы способствовала такой экспансии. Степень важности этой причины или комплекса причин определяет коэффициент, о котором уже говорилось выше. За этим коэффициентом стоят конкретные усилия, выделение средств и прочие уже сугубо земные причины.

Однако есть ли вообще причины для экспансии человечества во Вселенной?

Если допустить, что космонавтика будет развиваться примерно по линейному закону, а на Земле не будет суперсерьезных проблем, то можно составить обоснованный прогноз движения, теперь уже предполагая линейный закон распространения волны человеческой цивилизации. Но прежде обсудим, как иные проблемы Земли могут влиять на развитие космонавтики.

Такими серьезными проблемами могут быть: перенаселение Земли, угроза уничтожения цивилизации, опасное изменение климата, всеобщая война и др. причины, о которых мы сейчас можем и не догадываться.


Климат и численность населения

В последние годы несколько замедлился рост населения, но именно перенаселение Земли в будущем может стать причиной, которая погонит наших потомков по просторам космоса. Хотя на Земле еще есть резервы для расселения людей.

В связи глобальным потеплением ожидается, что на обширных пространствах ранее благоприятных для жизни людей климатические условия станут менее благоприятными. Люди будут вынужденно переселяться в другие страны. Вынужденная эмиграция приведет к обострению внутренней социально-политической ситуации, возможно к войнам на межнациональной и межэтнической основе. Потепление грозит и серьезными проблемами для России, 70% территории которой находиться в зоне вечной мерзлоты. Таяние вечной мерзлоты надолго сделает обширные районы Сибири не пригодными для проживания людей. Но с другой стороны часть территории России находясь в зоне умеренного климата, окажется в несколько более выигрышном положении, чем страны расположенные южнее (в первую очередь Индия и Китай), которые будут страдать от климатических катаклизмов. Однако все эти рассуждения пока не более конкретны, чем гадания на кофейной гуще.

Но даже в таких условиях резервы остаются большими. Только черноземы Украины могут прокормить раз в 10 больше, чем сейчас живет в Украине или примерно 0.5 млрд. человек. Сейчас куда не глянь здесь, бывшие колхозные поля стоят в запустении. Надо прибавить Россию и Казахстан. В сумме на территории бывшего СССР можно расселить не менее 3 млрд. человек при плотности населения как в Китае. Только в России можно расселить 2.3 млрд. человек.

Сейчас средняя плотность населения Земли 41 чел/км2. В Китае плотность населения 134 чел/км2, а в Индии 319 чел/м2. Всего же на суше можно расселить от 20 млрд. (китайская плотность 134 чел/км2) до 50 млрд. человек (индийская плотность 320 чел/км2). Видимо плотность 70 - 250 чел/км2 (Европа) - предел относительно комфортного проживания. При народонаселении свыше 10 млрд. человек нагрузка на биосферу Земли от техногенной деятельности может превысить пределы саморегуляции и произойдет глобальная экологическая катастрофа. Такой численности население Земли может достигнуть во второй половине нынешнего века.

Необходимость коррекции климата Земли может вызвать к жизни глобальные космические проекты. Так уже сейчас есть проекты экранирования части солнечного излучения с помощью гигантских отражателей расположенных между Землей и Солнцем. Реализация таких проектов, конечно будет способствовать развитию космонавтики. С другой стороны опыт даже разработки таких проектов, без их воплощения в жизнь может быть использован при терраформировании Марса.

Так что дело даже не в том, сколько может прокормить Земля. Рост населения может сделать проживание такого числа людей невозможным, что неизбежно ускорит поиск и освоение новых пространств. В том числе и за пределами Земли.

Подобнее о перспективах роста численности народонаселения можно узнать из книги Капицы [1].


Увеличение продолжительности жизни

Однако модели [1], основанные на простой экстраполяции существующих тенденций в будущее могут оказаться не состоятельными. Благодаря успехам медицины численность населения Земли может резко, скачком увеличиться. Несмотря на снижение рождаемости рост населения Земли тогда будет связан с увеличением продолжительности жизни. Естественная продолжительность жизни регулируется рядом причин. Важные такие:

1. Энропийная причина. Постепенное увеличение энтропии или разного рода нарушений и разупорядоченностей, которые проявляются как признаки старения, есть следствие неидеальности всех процессов и всеобщего стремления систем к термодинамическому равновесию или состоянию максимального хаоса при данных условиях. Несмотря на то, что живая клетка открытая система и в клетке есть механизмы коррекции всякого рода нарушений, но ничто не бывает вечным и безотказным и соответственно приводит к накоплению ошибок. Говоря по-простому, приводит к увеличению "песка" в организме.

2. Наличие в каждой клетке живого организма таймера, который установлен в ходе эволюции и учитывает число циклов деления данных клеток. В результате клетка как бы помнит свой возраст и эта память, в конце концов, определят максимальную продолжительность данной клетки. В некий момент срабатывает таймер, и клетка перестает делиться, а старая клетка особенно клетки желез, достигнув критического возраста, перестают вырабатывать весь комплекс веществ, которые нужны для работы организма и жизнедеятельность органов все более и более нарушается. Чаще всего с возрастом уменьшается количество одних гомонов, тогда как другие вырабатываются в достаточном количестве. В результате нарушается важный баланс, который регулирует жизнедеятельность организма.

3. Ошибки репликации. При делении клетки важно, чтобы копия ДНК была идентична исходной матрице. Но это происходит не всегда. Радиация, химические вещества могут вмешаться и нарушить процесс репликации на отдельном участке, и часть генов может быть потеряна. Такие ошибки или иначе мутации могут накапливаться с возрастом. Поэтому чем больше прошла клетка циклов деления, тем больше может содержаться в ней ошибок.

Перепрограммировать таймер пока никак нельзя. Но медицина путем широкого применения препаратов и методик ослабляет энтропийную причину. Этому же способствует и здоровый образ жизни. В последнее время появилась еще одна возможность лечения и продления жизни. Она связана с успехами применения стволовых клеток и перспективами клонированием. Если заменить старые клетки новыми, только что клонированными они будут помнить себя как молодые клетки и это орган будет в целом функционировать лучше. Так можно искусственно ослабить негативное воздействие больных органов на общее состояние организма, исключить летальный исход из-за неэффективной работы данного органа и продлить жизнь. Ошибки репликации обычно исправляются самим организмом, когда пострадавшие клетки сами погибают, но иногда такие пострадавшие клетки остаются, но не работают, как следует, а иногда от этих клеток развивается рак. Но в целом ошибки репликации можно свести к разновидности энтропийной причины.

Есть принципиальная возможность отключить или перепрограммировать биологический таймер. Если таймер отключить, а для этого нужно удалить участок ДНК, а энропийные эффекты уменьшить путем профилактических мероприятий и замены изношенных органов на специально выращенные, то продолжительность жизни станет очень большой. Правда пока это удается сделать для простых организмов. Сейчас нельзя даже предсказать какая может быть достигнута продолжительность жизни людей. Так продолжительность жизни червей уже удалось увеличить в 10 раз. Если допустить, что у человека как более высокоорганизованного существа можно увеличить продолжительность жизни в 5 раз, то получим, что люди смогут жить до 300 - 400 лет.

Но есть пределы нормальной жизни. Скорее старение тех органов, что нельзя заменить, а это в первую очередь мозг и определит продолжительность жизни. Толку жить долго, если после 90 или 100 лет может наступить старческий маразм? Здесь возможен такой парадокс, когда общество будет состоять из преимущественно пожилых людей, у которых часть органов прошло омоложение, и они смогут вести активный образ жизни, но при этом общество будет вынуждено содержать огромное количество людей, тела которых еще будут относительно здоровыми, но ум за разум у них уже зайдет полностью.

Есть и философский аспект связанный с чрезмерным увеличением продолжительности жизни. В смене поколений, когда молодое поколении отрицает прежнее, кроется одна из движущих сил развития человечества. Развитие общества, где молодежь будет составлять небольшой процент, должно замедлиться. Поэтому можно ожидать, что население Земли возрастет, а темп развития цивилизации замедлиться. Для перспектив развития космонавтики и освоения дальнего космоса избыток населения, безусловно, движущий фактор, однако пассионарная лень характерная для большинства людей пожилого возраста будет тормозить продвижение в космосе. Все же освоение новых горизонтов удел молодых или хотя бы людей среднего по нашим понятиям возраста.


Новый вид человека - гомо механикус

В плоскости медицины и биотехнологии находится и возможность изменения человека как биологического вида. Потребность пребывания человека в экстремальных условиях космического пространства вызовут к жизни проекты по изменению самого человека. Для длительного пребывания в комическом пространстве существенны такие важные проблемы как отсутствие гравитации и радиоактивное облучение, обеспечение дыхания и питания. В качестве фантастической возможности можно допустить, что в отдаленном будущем будет реализованы две потенциальные возможности для решения медико-биологических проблем.

1. Замена части органов после космического полета. Так сказать апгрейт космонавта. Путем клонирования или выращивания органов из стволовых клеток специально выращенные запчасти будут пересаживаться космонавту после длительного полета. Так можно частично решить проблему переоблучения, вымывания кальция, и другие проблемы. Действительно, облучению подвергается все части организма. Если после полета заменить хотя бы только конечности, то это составит около 30% массы всего тела. Общая негативная нагрузка на организм будет уменьшена на 30%. Можно заменить некоторые железы внутренней секреции, частично или полностью пищеварительный тракт, сердце и костный мозг. В результате человек как бы получит второй шанс в жизни, и после полета сможет вернуться к полноценной жизни, а не проводить короткий остаток жизни на больничной койке. Да еще и омолодиться в результате такой процедуры.

2. Замена отдельных частей тела биопротезами. Здесь не видно принципиальных препятствий. Уже делают достаточно сложные, хотя и далекие от совершенства, биопротезы, управляемые биотоками. Проблема в том, что органы человека работают на молекулярном электрохимическом принципе, а приборы и устройства, который люди умеют делать, работают на чисто электрическом (электромагнитном) макроскопическом принципе. Некоторые перспективы нанотехнологий могут как раз сблизить макроуровень наших устройств с микроуровнем работы живых клеток.

Если сделать адаптеры, электрический сигнал - электрохимический сигнал, то проблем стыковки искусственных частей тела и живого человека на первый взгляд не видно. Здесь даже в первом приближении нет проблемы биологической несовместимости. Понятно, что это дело неопределенного будущего. И предсказать когда это станет реальностью естественно не возможно.

Развитие биотехнологий совершенствующих адаптационные возможности человека потребует их испытания, и это также дает толчок к полетам в космос. С другой стороны расширение возможности человека жить и работать в отрыве от Земли снимет существенную преграду для экспансии человечества в космосе. Например, теоретически возможно развитие или придание человеческому организму иммунитета от радиационного поражения. В сущности частица высокой энергии, попавшая в организм человека разрушает клетки подобно вирусу. Значит если придать человеческой иммунной системе способность оперативно реагировать на радиационные поражения клеток, то максимальные дозы облучении могут быть существенно увеличены.

Видимо путь биотехнической эволюции человека - единственный путь для длительного пребывания человека вне Земли. Единственной альтернативой является строительство специальных сооружений названные на этом сайте "искусственными астероидами". С астероидами их роднить то, что эти объекты предположительно будут летать по специально подобранным орбитам вокруг Солнца, внутри этих сооружений смогут жить в условиях нормальной среды обитания от нескольких сто до нескольких тысяч человек. Масса таких сооружений будет сравнима с массой некоторых астероидов. Однако большая часть массы придется на радиационную защиту. Искусственная сила тяжести будет обеспечиваться вращением жилых частей такого космического корабля - по сути космического дома. В принципе подобное сооружение может стать и так называемым "кораблем поколений" или кораблем, где люди рождаются, живут и умирают, а дальше летят их потомки.


Угроза извне

Всегда существовала угроза падения астероида или иная пока неизвестная опасность исходящая из космоса. В прошлом веке самым значительным событием стало падение тунгусского метеорита. Однако это никак не обеспокоило человечество. Зато голливудские фильмы конца ХХ века спровоцировали волну страха и уже человечество с трепетом ждет пролета вблизи Земли очередного космического странника. Падение огромного астероида теоретически может уничтожить человеческую цивилизацию. Такая угроза стимулирует обсуждение проектов рассредоточения очагов цивилизации в космосе.


Внутренняя угроза

Внутренней угрозой существованию человечества кроме климатических катаклизмов или военных конфликтов может быть и глобальная эпидемия или экологическая катастрофа, пока неизвестной природы.

Наличие угрозы из космоса и внутренней угрозы, безусловно, вызовет к жизни проекты переноса части человеческой цивилизации в иные миры. И это также будет способствовать развитию космонавтики.


Экономические причины

Пока есть только проекты использования ресурсов внеземелья. Отмечу планы по добычи лунного гелия и важных руд и минералов на астероидах. Хотя скептики могут возразить, что не все еще добыто на Земле, зачем искать что-то вдали от Земли? Но даже если рентабельность добычи и доставки сырья на Землю будет низкой, однако наличие такой промышленности и производства сделает проникновение человека в космос значительно более эффективным и обоснованным. Эффективность возникает оттого, что произведенная вне Земли продукция будет вне Земли и потребляться. Отпадет необходимость буквально все везти с Земли, что даст относительную независимость будущим космическим форпостам землян.


Социальные и другие причины

Нельзя исключать и наличие социальных, национальных, расовых или религиозных причин, как движущей силы расселения землян в космосе. Примеры расселения по подобным причинам есть в истории человечества. Первые переселенцы на Американском континенте, освоение отдаленных уголков России староверами и т.п.

Итак, у человечества есть весомые причины стремиться осваивать Луну, Марс и дальше продвигаться во Вселенной.


Причины, по которым человечество останется на Земле

Главной причиной, которая не позволит человечеству расселяться в космосе может стать отсутствие мотивации. Однако как мы видим, у нынешней цивилизации такая мотивация есть, значит должна кардинально измениться сам человеческая цивилизация, чтобы приведенные выше причины перестали толкать человечество в космос. Какой должна стать человеческая цивилизация, не стремящаяся в космос? Удивительно, но это уже не будет привычная нам человеческая цивилизацией.

В истории человечества были периоды, когда племена народы и целые государства многие века жили на одном месте и не стремились к перемене мест проживания. Можно ожидать, что такой период может наступить и в истории нынешней человеческой цивилизации, а поскольку наша цивилизация стала глобальной, то такой планетарный изоляционизм должен охватывать всю цивилизацию, все народы и государства. Для изоляционизма нужны веские причины. Обычно такие причины является следствием наступления в истории той или иной цивилизации периода, когда на протяжении поколений люди заняты либо борьбой за выживание или наоборот живут в равновесных условиях с окружающей средой. Однако обычно периоды изоляционизма сменялись периодами открытости. Хотя период изоляционизма мог продолжаться целые столетия.

Технологическая по своей сути и экстенсивная в своем развитии нынешняя цивилизация не может в принципе прийти в равновесное состояние с окружающей средой. Поэтому для нынешней формы человеческой цивилизации нет иной дороги кроме дороги в космос.

Другое дело качественное изменение самой цивилизации, для этого нужен сверхмощный толчок. Таким толчком может быть глобальна катастрофа, о причинах которой можно только гадать. Тогда поредевшее человечество уже на новом витке своего развития откажется от техногенного приоритета развития, придет в равновесие с окружающей средой, и не будет помышлять о полетах в космос. Спустя столетия сами полеты, осуществленные в наше время, станут народным фольклором.


Человечество обречено на космические скитания

Таким образом, можно констатировать, что высока вероятность того, что экспансия человечества в космосе продолжится. Однако нужно теперь выбрать космические объекты и последовательность полетов к ним. Дальность перелетов существующей на момент путешествия ракетно-космической техникой и возможностями медико-биологического обеспечения полетов.

Испытанная в настоящее время техника позволяет достичь Марса и окрестностей Венеры, однако для полетов к этим планетам потребуется увеличить продолжительность пребывания в космосе почти вдвое, а главное обеспечить пребывание в дальнем космосе, где есть большие проблемы с радиоактивным облучением. Однако это по большей части технические проблемы. Если преградой не станет длительность пребывания в невесомости порядка 700-900 суток, то полеты к Марсу и Венере можно осуществить уже в следующем десятилетии.

Можно спорить о необходимости дальних пилотируемых полетов вообще. Возможно человечество достигнет Марса, возможно слетает к астероидам и на многое сотни лет на этом остановиться. Ведь достижение Марса не есть самоцель. Целью может стать освоение Марса. Особенно если проявятся причины, о которых говорилось выше и некий неблагоприятный фактор будет "дуть людям в спину" подгоняя их переселяться на Марс. На освоение и терраформирование потребуются огромные ресурсы и много времени. В целом освоение Марса может замедлить темп продвижения человечества по просторам Солнечной системы.

Однако если говорить о чисто исследовательских полетах, то вероятность их осуществления очень высока, даже если освоение Марса будет поглощать большие ресурсы. Здесь я исхожу из того, что в человеческой сущности есть такая особенность. Если, что можно сделать в принципе, то это обязательно сделают, даже если это не очень актуально на данный момент.

Для осуществления полетов к Юпитеру уже потребуются двигатели, скорее всего разновидность ЯРД ли комбинация ЯРД + ЭРД, которые еще масштабно не испытывались в космосе. На подобных двигателях можно достичь и Сатурна. Однако полеты к самым дальним планетам Солнечной системы либо потребуют прорыва в конструкции таких двигателей, либо создания еще более эффективных двигателей, например термоядерных. Помимо двигателей потребуется и создание искусственной силы тяжести или инее решение медико-биологических проблем, о чем уже упоминалось выше.

Прежде чем обсуждать возможные этапы освоения следует напомнить расстояния между планетами Солнечной системы. Округленно расстояние от Солнца до соответствующей планеты: Венера - 0.72 а.е., Земля - 1 а.е., Марс 1.52 а.е., пояс астероидов примерно 3 а.е., Юпитер - 5.2 а.е., Сатурн - 9.5 а.е., Уран - 19 а.е., Нептун - 30 а.е., Плутон 39 а.е.

Для сравнения ближайшие звезды в созвездии Центавра - 270000 а.е. или в 9000 раз дальше, чем внешние планеты Солнечной системы.

Масштаб расстояний

На рисунке показано расстояние от Солнца до системы ближайших звезд Альфа-Центавра. При этом район Солнечной системы увеличен в 1000 раз, чтобы можно было увидеть орбиты трех внешних планет.


Стратегия освоения Солнечной системы

Стратегия полетов, скорее всего, будет следующий. В начале к данному объекту отравляется грузовой корабль. Он летит по более менее экономичной траектории. Возможно таких кораблей будет несколько. Они доставят на орбиту планеты орбитальную станцию со всем необходимым снаряжением. Затем уже по быстрой траектории на относительно небольшом корабле летит экипаж. Проводятся исследования как с использованием автоматов, под управлением в реальном времени, так и в пилотируемом режиме. Последнее осуществляется там, где это возможно. Исследования продолжаются в течение минимум 10 лет. Всего совершается одна - две ли несколько экспедиций. Затем орбитальная база дооснащается новыми системами, конструкциями и постепенно превращается в постоянную базу. На основе орбитальной базы и поставок с Земли строится база на поверхности Марса, Плутона или на спутниках планет гигантов.

Теперь уже начнется этап освоения. Со временем на базе разворачивается промышленное производство, строятся комфортабельные помещения, производственные сооружения, теплицы, сады под куполом и т.д. База превращается в поселение, а потом и в постоянную колонию, живущую в основном благодаря самообеспечению. С развитием космической техники начинаются коммерческие полеты туристов. В начале полеты на Марс, потом дальше. Для жителей колонии туризм один из источников дохода.

Некоторые полезные ископаемые добытые вне Земли доставляются на Землю. В обратном направлении с Земли в колонии доставляется уникальные для космоса товары. Вследствие перенаселения Земли одним из источников дохода колоний станет расселение и трудоустройство "лишних" людей. Земля будет частично оплачивать своими поставками проживание людей вне Земли. А куда деваться? Не затевать же глобальные войны? Ведь человечество движется по пути развития гуманизма. Когда суша будет заселена, останутся такие варианты. Расселять людей на дне океанов, в космосе или на плавучих островах. По мне так жизнь на дне океана или в космосе на другой планете не отличается принципиально.


Представим возможный сценарий пилотируемых полетов

Российские марсианские проекты разрабатываются уже более полувека, и все это время меняются как времена года. Оптимальный проект еще видимо не выработан. Поскольку у России до настоящего времени нет ни концепции, ни четкого проекта. Но кое-какие разумные подходы в российской концепции уже наметились. В этой статье главный инженер РКК "Энергия" Леонид Горшков высказывает концепцию, которая в некоторых деталях похожа на проект "Вита-Марс". Обсуждаемый вариант близок к концепции экспедиции МАРПОСТ, о которой говорили еще на рубеже веков.

Согласно данной концепции первая экспедиция будет на орбиту Марса, без высадки на поверхность планеты. Высказывается мнение, что экспедицию на орбиту Марса можно организовать уже за 10 лет. Также высказывается убеждение, что Россия не будет подобно американцам зацикливаться на лунных проектах.

Учитывая, что от высказанной идеи до конкретной концепции и проекта должно пройти несколько лет можно взять в качестве ближайшей отметки, когда начнутся практические работы 2010 г. Это наша начальная точка отсчета.

Первая цель Марс. Выделим по 10-20 лет на исследования очередного космического объекта. И распределим эти объекты по мере их удаленности от Земли. Получим такой ряд: Марс, Венера, астероиды, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, объекты "пояса Койпера", ближайшие звезды. Ближние объекты приведены на рис.5.

Освоение ближней сферы

Из списка выпадает Меркурий, поскольку пилотируемые полеты к Меркурию неочевидны даже в отдаленном будущем. Скорее Меркурий будут изучать помощью автоматов. Правда есть проекты строительства на Меркурии мощных энергоустановок, и даже использования "дармовой" солнечной энергии для разгона кораблей с солнечным парусом. Базовую станцию с концентраторами энергии как раз и предлагают строить на Меркурии.

Учитывая специфику условий на Венере, возможно изменение порядка объектов, когда после Марса человечество направит свои усилия во внешнюю часть Солнечной системы. В этом случае очередь до пилотируемого полета к Венере может наступить позднее. Однако для перелетов в Солнечной системе может понадобиться гравитационное поле Венеры, поэтому полет к Венере, возможно будет осуществлен попутно. Есть планы терраформирования Венеры, но эти планы будут реализовываться уже много позже того, как такое работы начнутся на Марсе. Одним из источников газов для наполнения атмосферы Марса может стать Венера. Так что, скорее всего необходимость полетов к Венере будет диктоваться "производственной необходимостью" и научным интересом.

Вернемся к графику. Красные точки графике (рис.5) указывает на ключевые даты. Самые левые точки на графике - даты первых полетов. Следующая точка вправо - дата завершения предварительного этапа исследований и создание постоянной базы. Для Марса это третья точка, здесь имеется в виду база на поверхности планеты. В поясе астероидов постоянная пилотируемая база видимо создаваться не будет, хотя, и не исключено размещение на астероидах автоматических добывающих комплексов. Венера в пилотируемом режиме с орбиты будет исследоваться не продолжительное время. Пунктир указывает на примерно линейный темп освоения ближайших планет. Полеты к Сатурну могут начаться чуть раньше, чем следует из графика, поскольку в системе Сатурна есть интересный объект - спутник Сатурна Титан.

А что же дальше (рис.6)? Полеты до Сатурна включительно не требует качественного скачка в развитии техники. Используя двигатели с хоть и небольшой, но постоянной тягой можно достичь Юпитера и Сатурна максимум за 3 года. Однако полеты к внешним планетам потребуют новых двигателей и новых технологий. Тогда не более чем за 3 года можно будет долететь и до Плутона. Вся экспедиция может продлиться 6-8 лет. Учитывая, что в начале к внешней планете отправляется орбитальная станция со всем необходимым для работы и комфортной жизни, то пилотируемые корабли будут иметь минимальную массу и будут летать с максимальной скоростью.

Перспективы освоения Солнечной системы

С какой скоростью будут в следующем столетии летать корабли предсказать сегодня нельзя. Как уже упоминалось выше для "скачка" к внешним планетам необходимо совершить качественный прорыв и в технологии строительства корабле и в решении медико-биологических проблем. Полеты к внешним планетам могут продляться десять и более лет. Сократить время пребывания вне Земли можно только за счет сокращения времени перелета. Потому, что работа требует своего времени и это время особо сократить нельзя.

Не совсем ясна и мотивировка столь дальних полетов. Если человечество реально займется терраформированием Марса исследованиями системы Юпитера и системы Сатурна, то ресурсов на полеты к дальним планетам может и не хватить. Видимо чисто экономические причины ограничат скорость, с которой будет двигаться волна освоения по Солнечной системе.

Сделаем два прогноза - оптимистический и пессимистический. В оптимистическом прогнозе будем считать, что темп освоения будет примерно постоянны. Каждые десять - двадцать лет человечество будет переносить свой форпост дальше в космос. Это очень оптимистический прогноз, но он реален, если к концу века будут решены технически проблемы. Пессимистический прогноз предполагает, что скорость продвижения человеческой цивилизации будет постоянной. Чтобы понять, в чем тут разница посмотрим на график 5.

Как и на предыдущем графике точки и горизонтальные линии указывают на этапы освоение планет. Ломанная фиолетовая линия соответствует продвижению по Солнечной системе с постоянным темпом. Когда после первого полета к новой планет проходит примерно одно и тоже время и осуществляется полет к более дальней планете. Тогда уже примерно 2150 г. люди достигнут границ Солнечной системы. Достигнут не в смысле первого полета. Первый исследовательский полет может состоятся и раньше, а достигнут в смысле придут всерьез и надолго.

Теперь обратим внимание на черный пунктир. Этот пунктир соответствует продвижению с постоянной скоростью. Иначе дальность, освоенная за интервал времени остается постоянной. В этом случае время до освоения дальних планет потребуется намного больше. Видно, что системой Нептуна люди всерьез займутся только в 2300 г или через 400 лет после того, как начнут осваивать Сатурн. Еще через 100 лет они люди приступят к освоению Плутона и заплутонного пространства.

Какой прогноз реален? Или нас ждет нечто среднее между этими крайностями? Сейчас никто не может этого предсказать. Данный анализ всего лишь дает возможность чуть-чуть заглянуть в будущее не зная видим ли мы будущее ли всего лишь отражение к кривом зеркале нашей фантазии..

Итоги проведенного анализа сведены в таблице.


Хроники будущего

В таблице приведена пока гипотетическая хронология исследовательских полетов.

  Проекты
Оптимистично
Пессимистично
1 Начало работ над марсианским проектом
2010
+ 10  лет
2 Заброска орбитальной станции на орбиту Марса
2018
+ 10  лет
3 Пилотируемая экспедиция на орбиту Марса
2020
+ 10  лет
4 Исследования Марса с орбиты
2020 – 2040
+ 10  лет
5 Высадка на Марс
2025
+ 10  лет
6 Постоянная база на Марсе
после 2035
+ 10  лет
7 Экспедиция к отдельным астероидам
2035
+ 10  лет
8 Заброска орбитальной станции на орбиту Венеры
2040
+ 20  лет
9 Пилотируемая экспедиция на орбиту Венеры
2042 – 2050
+ 20  лет
10 Заброска орбитальной станции в систему Юпитера
2060
+ 20  лет
11 Пилотируемая экспедиция в систему Юпитера
2063 – 2075
+ 20  лет
12 Решение медико-биологических проблем
до  2060
+ 50 лет
13 Начало колонизации Марса
после 2060
+ 50 лет
14 Начало туризма на Марс
после 2070
+ 50 лет
15 Постоянная база в системе Юпитера
после 2070
+ 50 лет
16 Заброска орбитальной станции в систему Сатурна
2080
+ 50 лет
17 Пилотируемая экспедиция в систему Сатурна
2085 – 2095
+ 50 лет
18 Постоянная база в системе Сатурна
после 2090
+ 50 лет
19 Начало строительства систем для терраформации Марса
2100
+ 100 лет
20 Создание эффективных двигателей
до 2100
+ 100 лет
21 Межзвездная автоматическая станция
2100
-50 лет - +200 лет
22 Заброска орбитальной станции в систему Нептуна
2120
2300
23 Пилотируемая экспедиция в систему Нептуна
2120 – 2140
2320
24 Экспедиция к границам Солнечной системы
2150
2400
25 Постоянная база в системе Плутона
после 2150
После 2400
26 Первые прямые сведения о ближайших звездах
2150
-50 лет - +200 лет
27 Туризм в пределах всей Солнечной системы
2150
+100 лет
28 Создание межзвездных двигателей
до 2150
+200 лет - ∞
29 Начало подготовки межзвездного путешествия
после 2150
+200 лет - ∞
30 Экспедиция к объектам пояса Койпера
после 2160
2450
32 Завершение первого этапа терраформации Марса
2200
+500 лет
33 Достижение звезд (хотя это уже другая история)
после 2250
+1000 лет - ∞
34 Завершение терраформации Марса (голубой Марс)
После 2500

В таблице и приведенных выше графиках пропущен Уран. Причина этому проста. Полет к Урану естественно может состояться раньше, чем к Нептуну, но возле Нептуна есть крупный спутник - Тритон. Это спутник по размерам может соперничать с некоторыми планетами, и именно на Тритоне возможно люди будущего создадут свой форпост на окраинах Солнечной системы. По крайней мере, так мечтали некоторые фантасты. На Плутон можно было бы и не обращать особое внимание, тем более что он часть своего пути находится даже ближе к Солнцу, чем Нептун, но как будущая база он тоже может представлять определенный интерес.

За Плутоном есть интересные объекты, находящиеся в поясе Койпера. Уже изучено свыше 1000 таких объектов. Интересен объект под названием Санта. Его масса достигает 30% от массы Плутона, перигелий - 35 а.е., афелий - 52 а.е.

Квавар - объект пояса Койпера находится на расстоянии 11 а.е. дальше Плутона и имеет примерно такие же размеры как и спутник Плутона Харон. Солнечному свету требуется 5 часов, чтобы достичь Квавара, а это не самый дальний объект пояса Койпера.

Набольший из известных объектов транснептунного пояса - малая планета Ксена. Диаметр Ксены составляет 2400 км, больше, чем диаметр Плутона. У Ксены есть спутник, неофициально названый Габриэлла. Орбита Ксены очень вытянута и сейчас планета находится на расстоянии 97 а.е. от Солнца. Ближняя точка орбиты Ксены - 38 а.е, т.е она иногда приближается к Солнцу ближе Плутона. По наблюдениям Ксена скорее всего покрыта замерзшим метаном, что делает эту планету привлекательным источником органических ресурсов в дальнем космосе.

Самый отдаленный объект известный в настоящее время - Седна. Ближайшее расстояние на которое Седна приближается к Солнцу - 74 а.е, а наибольшее 900 а.е. Возможно Седна уже относится к облаку Орта, откуда иногда к нам прилетают кометы.

Так если у человечества возникнет потребность исследовать или освоить пространство за Нептуном и Плутоном, то для этого есть подходящие объекты. По крайне мере если не замахиваться на полеты к звездам в окружающем нас космосе есть объекты полеты к которым могут раздвинуть изученное и освоенное человеком пространство до 1000 а.е. от Солнца.

Дальше находится кометное облако Орта, о котором пока мало что известно, а еще дальше только звезды. Однако достижение таких удалений требуют, совершено фантастической для нашего времени техники. Пока можно только мечтать о полетах к Плутону или к ближним объектам пояса Койпера. Да то такие экспедиции в оба конца могут продлится свыше 10 - 20 лет.

Перспективы и возможности межзвездных путешествий - тема другого исследования.

Так условно выглядит пространство будущей работы и освоения. Расстояния и размеры объектов не соответствуют реальным.

В тумане времени
Точные даты скрыты за пеленой времени!


Выводы

* Человечество неизбежно освоит ближнюю часть Солнечной системы, вплоть до Сатурна и по самым оптимистическим прогнозам первые пилотируемые полеты в систему Сатурна могут состояться где-то на рубеже веков.

* Достижение окраин Солнечной системы в пилотируемом режиме возможно по оптимистическому прогнозу не позднее середины следующего века.

* По пессимистическому прогнозу освоение Солнечной системы может затянуться, смотрите таблицу и графики. До этого времени не доживут даже наши внуки.


Дополнение

Если читателя расстроили столь большие сроки до осуществления дальних полетов, то можно утешать себя надеждой, что как сказанной выше скоро медицина сделает прорыв, продолжительность жизни, например, удвоится и те, кому сейчас 20 лет доживут по крайне мере до 2140 г. Согласно приведенной таблице, тогда люди достигнут границ Солнечной системы. Уже несколько десятилетий будут летать туристы к планетам Солнечной системы. 100 летний юбилей отметит колония на Марсе. Полым ходом будет идти преобразование самой планеты. Отравятся к звездам автоматические станции и возможно даже успеют сообщить нам о внеземных цивилизациях на планетах у ближайших звезд. Дети и внуки нынешних 20-летних уже будут строить прототипы первых звездолетов. Пока для испытательных полетов в облако Орта к планете Седна, туда, где живут кометы.

Это при условии, что сохранится предполагаемый темп освоения Солнечной системы. На данный момент не видно принципиальных причин, по который человечество не будет осваивать Солнечную систему. Можно только спорить о темпах, сроках, последовательности, целесообразности тех или иных этапов. Вопрос в том, каких пределов достигнет человечество на этом пути в обозримое время. Напрямую это вопрос связан с тенденциями развития самого человечества.

Сейчас можно только высказывать предположения о том, что ждет человечество в будущем. Либо темпы развития будут замедляться, выходя на S - кривую (рис.1), либо развитие будет и дальше происходить по нарастающей кривой. Пока можно сделать только несколько замечаний исходя из первого предположения. Ясно, что как только темпы развития замедляться почти до нуля во всем мире, человечество окажется в нестабильном состоянии, когда перманентная стагнация смениться глобальным распадом цивилизации. На рис. 7 это точка бифуркации А. Человечество может откатиться в своем развитии далеко назад, вплоть до Средневековья (синяя крива). Однако падение может смениться новым подъемом в точке бифуркации В. Тогда развитие испытает новый цикл подъема (зеленая кривая).

Тендеции будущего

Неизвестно, достигнет ли в ходе нового ренессанса человечество больших высот или, подойдя к прежнему критическому уровню, свалиться в состояние спада. Для развития космонавтики и перспектив освоения Вселенной такой циклический (красно-синий) путь развития означает, что, достигнув неких пределов, человечество дальше распространить свое присутствие уже не сможет. Кроме конечно случая, (зеленая кривая) когда очередной подъем позволить достигнуть больших высот.

Пока человечество на подъеме и мы будем оптимистами.




Литература

1. Капица С.П. Модель роста населения Земли…
    http://www.chronos.msu.ru/RREPORTS/kapitsa_teoria.htm

Marsmet. 2007 - 2010.

Hosted by uCoz