Вчені з'ясували, скільки потрібно людей для польоту до найближчої зоряній системі

Мріями про заселення інших планет людство стало марити ще задовго до того, як у нас з'явилися перші космічні апарати для пілотованих польотів. А з відкриттям за останні кілька десятків років декількох тисяч нових екзопланет, деякі з яких можуть виявитися цілком жилими або, принаймні, придатними для колонізації (у даний момент великий інтерес представляють планета Проксіма b системи Проксима Центавра), мрії про міжзоряних польотах і колонізації починають плавно набувати статус майбутніх перспектив.

Зрозуміло, перед тим як почати навіть думати про здійснення подібних місій, нам доведеться вирішити безліч дуже складних технічних питань. Наприклад, на якомусь кораблі летіти? Скільки взяти з собою людей, щоб оселитися на тій же планеті Проксіма b, якщо вона придатна для життя? Друге питання виявився предметом нового дослідження французьких вчених, які вирішили розрахувати мінімально необхідну кількість людей для того, щоб здорова команда, що складається з кількох демографічних поколінь землян, змогла успішно дістатися до найближчої до нас зоряної системи. Їх робота незабаром буде опублікована в журналі Journal of the British Interplanetary Society.

Авторами дослідження є Фредерік Марін, доктор астрофізики з Астрономічної обсерваторії Страсбурга, а також доктор Камілла Белуффи, фахівець з фізики елементарних і субэлементарных частинок, що працює в науковому стартапі Casc4de.

Їх дослідження є другим у серії наукових робіт, спрямованих вирішення питання про реальність здійснення пілотованих міжзоряних польотів до Проксиме b. Їх перша робота носить назву «Спадщина: використання методу Монте-Карло для розрахунку перспективності міжзоряних подорожей з використанням команди з людей, що відноситься до різних поколінь» була опублікована в серпні 2017 року в тому ж журналі Journal of the British Interplanetary Society. Друга, про яку ми сьогодні говоримо, називається «Комп'ютерний розрахунок мінімальної кількості осіб, необхідного для польоту до Проксиме Центавра b».

Своє новітнє дослідження доктор Марін і доктор Белуффи почали з аналізу численних концепцій, що описують . Серед цих пропозицій є як «більш консервативні» підходи, з використанням тих же космічних кораблів, які працюють на базі ядерно-імпульсних (наприклад, той же «Проект Оріон», не плутати з космічним апаратом NASA «Оріон») і термоядерних двигунах («Проект Дедал»), так і більш сучасні концепти, на зразок того ж .

Всі ці програми ще далекі від практичної реалізації і/або не розуміють пілотовані польоти (як у випадку з тим же проектом Starshot). Предметом інтересу для Марін і Белуффи в їх дослідженні стали і місії, які з великою часткою ймовірності будуть запущені протягом найближчих років. Наприклад, однією з таких місій є запуск аерокосмічним агентством NASA сонячного зонда Паркер, запланованого на липень-серпень цього року. Очікується, що даний зонд зможе досягти максимально можливої для створеного людиною космічного апарату швидкості, яка буде складати до 724 205 км/год або близько 200 км/с (або 0,067% від швидкості світла).

«Ці числа будуть повністю відображати можливості наших технологій на час проведення цієї місії. Якщо б ми приступили до будівництва космічного апарату для польоту до Проксиме b прямо зараз, то змогли досягти максимум швидкості в 200 км/с. Таким чином досягти пункту призначення ми змогли б лише за 6300 років. Звичайно ж, технології не стоять на місці. З часом вони стають все більш просунутими. Але розрахунки показують, що до моменту початку реалізації проекту цього міжзоряного перельоту ми зможемо скоротити час польоту до 630 років. Однак це всі поки тільки на папері. Технологій, що дозволяють так швидко дістатися до іншої зоряної системи у нас зараз просто немає», — прокоментував доктор Марін портал Universe Today.

Взявши за відправну точку поточні можливості (тобто швидкість польоту 200 км/с і 6300 років, необхідні щоб з такою швидкістю дістатися до Проксими b) доктор Марін і доктор Белуффи спробували визначити, яке в такому випадку мінімальна кількість людей буде потрібно для того, щоб до точки призначення змогла дістатися повністю здорова команда. Для проведення цих розрахунків вчені використовували метод Монте-Карло і розроблену самим Мартіном нову програму розрахунків. Метод Монте-Карло являє собою математичний метод статистичного моделювання, що дозволяє отримати усереднене значення або можливий результат якогось явища, через перебір всіх можливих випадкових сценаріїв і подій, що стоять на шляху вирішення. Зазвичай він використовується в тих випадках, коли застосування аналітичних моделей явища представляється скрутним або неможливим.

«Для вирішення завдання ми використовували розроблену мною програмне забезпечення. Воно називається HERITAGE («Спадщина»), більш докладно з ним можна ознайомитися в першій роботі нашої наукової серії досліджень. Воно використовує стохастичний (випадковий) метод Монте-Карло, який враховує всі можливі результати моделювання шляхом перевірки кожного випадкового сценарію подальшого розвитку тієї або іншої події, включаючи життя і смерть. Провівши моделювання кілька тисяч разів, ми можемо отримати статистично усереднені значення, що відображають ймовірність реального космічного подорожі з урахуванням команди, яка буде складатися з представників різнихпоколінь. Ця програма враховують максимально можлива кількість різних біологічних факторів і зараз поліпшується для обліку все більшого і більшого числа фізичних факторів», — сказав Марін.

Серед біологічних чинників: співвідношення кількості чоловіків і жінок на борту космічного апарата, їх вік, очікувана середня тривалість життя, коефіцієнт фертильності (народжуваності), а також час, в рамках якого команді доведеться підтримувати рівень відтворення. Також тут враховуються випадкові фактори: різні інциденти, катастрофи, хвороби і кількість людей, які, найімовірніше, будуть їм піддаються.

Підставивши під формулу розрахунку різні фактори і значення, вчені провели більше сотні моделювань міжзоряних подорожей для визначення мінімального необхідного розміру команди. Виявилося, що при консервативних умов для польоту до найближчої зоряній системі з потенційно населеної екзопланетою і підтримки зміни поколінь в середньому потрібно не менше 98 осіб.

Використання меншої кількості екіпажу пропорційно знизить шанси на успіх. Наприклад, моделювання показало, що при первісному екіпажі, що складається з 32 чоловік шанс на успіх місії знизиться до 0% — більшою мірою тому, що в такому маленькому суспільстві суттєво підвищаться шанси кровозмішення. У підсумку, незважаючи на те, що команда, можливо, і добереться до Проксими b, генетично всі ці люди будуть нездорові – не найкращі умови для створення першої міжзоряного колонії.

«Наші моделі дозволяють з великою точністю передбачити необхідний мінімум людей в команді для забезпечення багатовікового космічного подорожі. У цьому дослідженні ми показуємо, як використання принципів соціальної інженерії (наприклад, щорічна перепис населення космічного апарату, контроль популяції та інші обмеження) може допомогти в створенні здорового космічного товариства та його підтримки протягом практично необмеженого кількості часу», — говорить доктор Марін.

Незважаючи на те, що технології і ресурси, необхідні для здійснення міжзоряних подорожей, нам поки не доступні (і будуть недоступні ще як мінімум кілька поколінь), дослідження подібні цьому можуть відігравати важливе значення для подібних місій в майбутньому. Якщо ми, звичайно, взагалі досягнемо такого рівня. Розуміння ймовірності успішності подібних місій та збільшення цієї ймовірності до ступеня, коли шанс успіху буде практично гарантований, і збільшить шанси на те, що такі проекти одного разу дійсно отримають своє практичне втілення.

Це і попереднє йому дослідження важливі ще й тому, що в них вперше враховуються ключові біологічні чинники (наприклад, відтворення), а також те, який вплив ці чинники можуть виявитися на команду, яка буде змінюватися новими поколіннями людей, які виросли на борту корабля.