Колонизация галактики через ближайшие звёзды, удельная мощность и время перелёта

[alex_semenov]

К статье New stellar encounters discovered in the second Gaia data release от 19 May 2018 приложена полная таблица 2, из которой для интервала времени 10 млн.лет и сближений менее 10 св.лет

можно получить чуть более точную зависимость количества сближений \(n\) от дистанции \(D\) [св.г.] и промежутка времени \(\Delta t\) [млн.лет]
\[n \approx 0,26 \cdot D^2 \cdot \Delta t\]

10 св. лет...
Широко берут!!! Хотя методика - наша. 10 св. лет - это предел моего оптимизма в прогрессе приводов для "тяжелых" звездолетов...
Идея, как я понял в том, что если мы можем летать всего на 10 св. лет и подходящих для колонизации звезд - раз два и обчелся, то мы все же однажды дождемся сближение именно с подходящей?
Прекрасно! Тем более...
Где же они!? Черт возьми!!!



Чем больше мы узнаем - тем больше недоумеваем!
Нет?
Даже в рамках экзопланетарного шизоида (дайте нам вторую Землю!!!), который поразил мозги отягощенных интернетом масс, парадокс Ферми оказывается вопиющим.
 

[alex_semenov]

Теперь по сути.
Мысль.
Смотрите мой график.



Например ракета с полезной удельной мощностью ракетной струи в 1000 вт/кг (в этом случае реальной ионной ракете понадобится примерно  2-4 Кв/кг тепловой мощности реактора и это будет чудо-ионник. Видит бог!).
На 2 св. года она путешествует примерно 550 лет. Но на 10 св. лет  где-то 1600 лет. По кривой видно, что с увеличением дистанции перелета, после 2-3 св.лет дистанции, время перелета растет не так быстро как за первый световой год. Потому что дистанция снижает потребную мощность. Не так быстро как хотелось бы, но все же снижает. Поэтому попытка соединить пекулярное сближение звезд (которые надо ожидать миллионы лет) и потребную удельную мощность не очень хороша, если дистанция не сокращается с 1 св года до 0.1
Если вы можете добраться на 5 св. лет за 1000 лет, то вы не станете ждать миллион лет пока дистанция в 14 св. лет сократится до 5-и (к примеру) что бы не лететь 2 000 лет а только тысячу. Видите мою мысль на графике?

[Skipper_NORTON]

10 св. лет - это предел моего оптимизма в прогрессе приводов для "тяжелых" звездолетов...

 
Да ладно,  я думаю, что в   будущем и на 100 световых лет летать будут.  В радиусе 10 световых лет, ловить особо нечего. 
Даже первая солнцеподобная одиночная звезда - Эпсилон Эридана, и та кажется на расстоянии 11 световых лет.
 

[Skipper_NORTON]

в этом случае реальной ионной ракете понадобится примерно  2-4 Кв/кг тепловой мощности реактора и это будет чудо-ионник.

 
В будущем возможны и более крутые двигатели,  чем этот  "чудо-ионник"

[дерево]

Да ладно,  я думаю, что в   будущем и на 100 световых лет летать будут.

Если бы можно было так далеко летать колониям, а не просто исследовательским зондом, то галактику можно было бы заселить за миллион лет, что вроде как не наблюдается.

Я понимаю, что вы ничего не поняли глядя на этот график.

Это вы мне написали или не глядя откуда-то скопировали сообщение?

[alex_semenov]

Если бы можно было так далеко летать колониям, а не просто исследовательским зондом, то галактику можно было бы заселить за миллион лет, что вроде как не наблюдается.

Не наблюдается. Но есть минимум три наиболее простых и потому наиболее ВЕРОЯТНЫХ объяснения.
1. Цивилизации просто долго (по космическим меркам) не выживают. Хорошо весь трагизм такой ситуации передал Липунов через метафору рентгеновских вспышек. Очень наглядно. И вообще очень эмоционально.  Его "Братцы!" (сразу вспоминается "Незнайка на луне") за душу берет! Я называю подобную ситуацию "щука".
2. Плотность жизни (разумной во всяком случае) во вселенной слишком мала. Она может быть настолько мала (плотность) что Земля - единственная обитаемая планета во всей видимой нам части вселенной. Остальные планеты вокруг нас до горизонта события - голые камни. При этом в самой вселенной (вселенной Линде) число планет с жизнью исчисляются чем-то типа гугла. Более подробно здесь. Я называю подобную ситуацию "лебедь".
3. И третья. Самая неприятная. Но обсуждавшаяся тут ни раз. Нельзя исключать ситуацию "зоопарка". То есть мы под колпаком у некой космической сверхцивилизации. Повод, причины, логика, средства - тут можно придумывать тоже очень много.

Я утверждаю (а со мной упорно не соглашаются) что любые другие объяснения парадокса Ферми - только некая комбинация (натяжка) из этих трех крайностей (как любая точка в пространстве - отображается на три декартовы оси). Так отставиваемая вами версия, что до нас не добрались еще ибо это долго и сложно (нужно ждать пекулярных сближений притом не просто какой-нибудь звезды, а звезды с подходящей планетой!)  является именно такой композиции "щуки" (все очень сложно никто никуда не летит, по-сути топчутся на месте) и "лебедя" (плотность жизни ничтожна). Проекция на "рак"=0 в силу того что мы живем в ранней вселенной. Было бы ей 100 миллиардов лет  ваше объяснение уже не сработало бы.

Я понимаю, что вы ничего не поняли глядя на этот график.

Это вы мне написали или не глядя откуда-то скопировали сообщение?

Вам. Но реплика была извинением за сумбурность. Не стоит рассматривать как наезд. Если вы в теме - то это просто прекрасно. Вы всё уловили сходу. Но я привык тут к тому, что даже разжевав людям все по полочкам несколько раз, они упорно не понимают логики этого "закона звездоплавания". При этом противятся его принятию даже очень образованные инженеры. Например мой старый интернет-знакомый Иван Моисеев, известный эксперт, часто выступающий на телевидении, занимавшийся звездолетами еще в 1970-х будучи студентом МВТУ Баумана (я не дорос до "баумановки", максимум - ХАИ и то не до конца). Он в упор не хочет признавать такие обобщения, хотя казалось бы - все предельно ясно как в учебнике Перышкина! 

[Кремальера]

3. И третья. Самая неприятная.

Ну почему же сразу так категорично?Ни Кларк ни Стругачи настолько красок не сгущали.

[alex_semenov]

в этом случае реальной ионной ракете понадобится примерно  2-4 Кв/кг тепловой мощности реактора и это будет чудо-ионник.

В будущем возможны и более крутые двигатели,  чем этот  "чудо-ионник"

Ионник - это синица в руке. Технология которая уже точно есть по частям в металле. Нужно просто ее доведение до предела. И для них выкрутить 1 квт/кг - очень большая проблема. Если речь идет о зонде (то есть аппарате в 10-100 тонн) то вообще мало шансов выкрутить более 200 вт/кг (есть исследование США середины 70 о проекте "ТАУ", там выносится такой вердикт именно для иноных зондов в перспективе). Я тут несколько раз обсуждал "Шарик" где используется изотопный генератор Мозли и там реально получить 4 квт/кг (электрической мощности! тепловая в 5 раз выше). Уловка в том что радиатор и герератор - одно и то же. Но изотопы не годятся для межзвездного полета. Можно ли реактор преобразовать в генератор Мозли? Вопрос. Но даже если получится, 4 000 вт/кг - это предел. Технология упирается в тупик. Всякая технология упирается. Для этой тупик здесь.

Как можно выпрыгнуть из тупика?
Есть ряд подходов и каждый имеет свои сложности.
Первый - внешний источник энергии. Я долго занимался лазерными парусами и по-сути для себя в них поставил точку (понял все поле возможных решений и проблем) задолго до объявления проекта Мильнера-Хоккинга.



Отцом идеи на самом деле является Роберт Форвард. Даже концепция сверхлегкого (весом с почтовую марку) парусника-наблюдателя для флай-бая (без торможения) - это концепция 1986-го года "Старвисп".



Мильнер с Хокингом просто проапгрейдили концепцию и не думаю что очень уж удачно.
Тема фотонного звездолета (от Цандера и Зенгера до Форварда, Лэндиса, Зубрина) - очень богатая. Тема для отдельной книги-исследования.
А тема внешнего привода (двигатель оставляем дома!) ещё шире.
Оставить двигатель дома - самый радикальный способ вырваться из проклятья удельной мощности. Но расплата за это может оказаться непосильной.
Для всех подобных идей (не важно чем вы разгоняетесь улетая отсюда: лучом света, радиоволн, пучком частиц, потоком материи...) есть одна общая проблема - проблема торможения у цели.
Так Форвард, придумав свой лазерный парусник в 1963-м (раньше но первая публикация - тогда) до 1984-го держал идею в папке "недоконцепций" именно потому что не знал как затормозить у цели. В конце концов он придумал систему сбрасываемых зеркал что описал в своем романе Rocheworld ( "Мир Роша", на русский не переведен, но у меня есть "в подлиннике" и даже валяется в столе старые потуги перевода некоторых технических глав с моими перерисовками схем).



В общем тема - очень богатая.

Но для всего спектра подобных решений привода есть общая проблема торможения у цели (идея Форварда с кольцами - не живучая). Решается она, как по мне, одной очень напряженной, узкой технологией - магнитный парашют. А она упирается в конечном итоге в проблему плотности тока в сверхпроводниках. При этом вряд ли получтися затормозить у цели окончательно (выйти на орбиту) одним таким парашютом. Придется тянуть с собой двигатель дотормажинвания. Получается очень громоздко.

Кстати. Сама концепция магнитного парашюта (отцом считается Зубрин ибо он опубликовал первую статью с внятным расчетом, хотя идея древняя как колесо) вырастает еще из одной чудо-концепции. Использовать разряженную плазму межзвездного пространства. Если в СССР в 50-х 60-х болели фотонной ракетой, то на западе прямоточкой (ramjet) Бассарда. И мало кто знает что изначально это было одно и тоже. Сумрачный германский гений (на самом деле австрийский) Зенгер ведь изначально писал в своей знаменитой книге "Фотонная ракета" (которую мало кто прочёл ибо это непроходимый своершенно текст набитый математикой с ненормальной размерностью параметров) именно о фотонной прямоточке.
Но про это забыли. Один Бурдаков долго носился с этой идеей но жизнь ему не подарила астероидов из антижелеза... Зараза!!!!



Максимум что случилось - его концептуальные потуги мелькнули на плакатах в докладе Вити Середы кинодилогии "Москва-Кассиопея" (травма моего детства!)
 

История с прямоточкой Бассарда-Зенгера  (а за одно и Маркса-Бурдакова-Бонда) - тоже богатая история о том как умозрительная концепция зведолета "проржавела" даже не на чертежных листах а элементарно в расчетах. Что от нее осталось?  Магнитный парашют. Мало? Как по мне - достаточно.
Хотя, есть надежда что не только.... Но это - совсем другая история. Мы - раллисты же!
В чем сложности с концепцией магнитного парашюта?
Помимо плотности тока в сверхпроводниках там еще сложная физика плазмы. И кстати, если кто действительно хочет сделать свой РЕАЛЬНЫЙ вклад в развитие звездоплавания, то я бы ему советовал двумя руками взяться за моделирования обтекания подобного парашюта.
Если вы можете затормозить у цели без затрат бортовой энергии, то мало того что открываете путь любой концепции активного привода (по-сути межзвездной пушки того или иного вида) но даже для любого хорошего ракетного привода сразу в два раза поднимаете скорость перелета. Ведь вам надо только разгоняться подобным двигателем и не надо тормозить у цели.

Но это - торможение. А что с разгоном?
Да по сути больше и ничего. Забудте о антиматерии и прочей экзотике (кстати история с атниматерией - отдельная история взлета и падения надежд). Термоядерные двигатели в духе "Дедала" - тоже в мусорный бак (вернее в музей псевдореалистичных звездолетов). Именно потому что УДЕЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ.
Конечно, не факт, что мы не придумает способ удерживать плазму в открытых ловушках (Виверн-джет) и выкрутим из этого, скажем 10 000 вт/кг (очень даже неплохо!).
Но это все "журавль в небе".

Последняя концепция, прыгающая через барьер мощности - взрыволет Дайсона. На водородных бомбах можно получить и 1 и 10 МВт/кг. Очень даже просто. Я много в нем ковырялся тут и застрял на чудо-бомбах и их сложной секретной физике. И до сих пор мне не ясно насколько РЕАЛИСТИЧНО достигнуть заветные 0.03c  на термоядерных взрывах? Если бы можно было развязать "загадку Дайсона" (Дайсон реально знал что-то а не фантазировал с потолка) это реально бы открывало путь для "брутальной экспансии" к ближайшим звездам без всякого ожидания пекулярного сближения.

3. И третья. Самая неприятная.

Ну почему же сразу так категорично?Ни Кларк ни Стругачи настолько красок не сгущали.

Помилуйте, батенька!
Кларк - да. Ибо не достаточно был умен.
Но Аркадий Натанович (Бориска тот всегда был диссидентом и смутьяном)!...
Вот же факт на лицо!

 
По сути из этого интервью и произрастает моя омерзительная классификация всех решений парадоксов Ферми.

[Кремальера]

По сути из этого интервью и произрастает моя омерзительная классификация

На самом деле эта крайняя версия вполне себе проверяема.Более того,думаю, некоторые уже ее проверили.
Относительно звездолета и этого вашего графика..Хотя я полностью поддерживаю в этом вопросе И.Моисеева,но предположим на минуту что вы(на пару c AlexAV) правы.И для достижения одного кило ПН Проксимы за сорок лет(0,1С)потребуется около 2Мвт энегии.Неужели вы думаете это запредельная величина?Один среднестатистический мериканин за год нажигает лампочек на 14МВт*час.По прогнозам их Департамента Энергетики через 100 лет эта цифра увеличится в пять раз.

[Droid]

 для достижения одного кило ПН Проксимы за сорок лет(0,1С)потребуется около 2Мвт энегии.Неужели вы думаете это запредельная величина?Один среднестатистический мериканин за год нажигает лампочек на 14МВт*час.По прогнозам их Департамента Энергетики через 100 лет эта цифра увеличится в пять раз.

МВт это мощность а не энергия. И речь идёт о удельной мощности на кг массы.

[alex_semenov]

10 св. лет - это предел моего оптимизма в прогрессе приводов для "тяжелых" звездолетов...

Да ладно,  я думаю, что в   будущем и на 100 световых лет летать будут.  В радиусе 10 световых лет, ловить особо нечего. 
Даже первая солнцеподобная одиночная звезда - Эпсилон Эридана, и та кажется на расстоянии 11 световых лет.

А зачем вам солнцеподобная и одиночная?
Ситуация, когда вас окружают в основном красные карлики...



... она повсеместна в Галактике! Да и во вселенной.
Идеальная скорость перемещения между звездами, как по мне 0.1с. Для диффузной экспансии дистанции 10-20 св. лет - вполне достаточно. Упрощенно, на скорости перелёта 0.05-0.1с это 100 лет в пути. Вполне приемлемый срок для организованной материи (биологии и машин). Ну плюс 50-100 лет еще может быть... 200 лет, думаю, максимум.
Все что сверх того - избыточно.
Полет на 0.3-0.5с и сразу на 100 св. лет - это уже "с жиру".
Какие-нибудь "имперские" замашки?
В частности, я ведь считал проект лазерного парусника в духе Форварда для межзвездной войны (см приложенный там excel-файл) на половину света, для запуска которого нужна "гравицапа Семёнова" () - то есть полностью разобранный и астроинженерно преобразованный в мощный генератор планетоид  200 км в диаметре где-то в поясе Койпера. То есть это может позволить себе только крайне богатая цивилизация, разбирающая малые планеты. Не сверх (та звезды "кантует" по Кардашеву), но по меркам нас злыдней... Иначе летать на половине света - никак.
 

[Виктор С.]

Не наблюдается. Но есть минимум три наиболее простых и потому наиболее ВЕРОЯТНЫХ объяснения.
1. Цивилизации просто долго (по космическим меркам) не выживают. Хорошо весь трагизм такой ситуации передал Липунов на своей лекции через метафору рентгеновских вспышек. Очень наглядно. И вообще очень эмоционально.  Его "Братцы!" (сразу вспоминается "Незнайка на луне") за душу берет! Я называю подобную ситуацию "щука".
2. Плотность жизни (разумной во всяком случае) во вселенной слишком мала. Она может быть настолько мала (плотность) что Земля - единственная обитаемая планета во всей видимой нам части вселенной. Остальные планеты вокруг нас до горизонта события - голые камни. При этом в самой вселенной (вселенной Линде) число планет с жизнью исчисляются чем-то типа гугла. Более подробно здесь. Я называю подобную ситуацию "лебедь".
3. И третья. Самая неприятная. Но обсуждавшаяся тут ни раз. Нельзя исключать ситуацию "зоопарка". То есть мы под колпаком у некой космической сверхцивилизации. Повод, причины, логика, средства - тут можно придумывать тоже очень много.

Я утверждаю (а со мной упорно не соглашаются) что любые другие объяснения парадокса Ферми - только некая комбинация (натяжка) из этих трех крайностей (как любая точка в пространстве - отображается на три декартовы оси). Так отставиваемая вами версия, что до нас не добрались еще ибо это долго и сложно (нужно ждать пекулярных сближений притом не просто какой-нибудь звезды, а звезды с подходящей планетой!)  является именно такой композиции "щуки" (все очень сложно никто никуда не летит, по-сути топчутся на месте) и "лебедя" (плотность жизни ничтожна). Проекция на "рак"=0 в силу того что мы живем в ранней вселенной. Было бы ей 100 миллиардов лет  ваше объяснение уже не сработало бы.

Истину глаголите!!! Соглашусь на все 100, имхо...

[Dem]

Да ладно,  я думаю, что в   будущем и на 100 световых лет летать будут.  В радиусе 10 световых лет, ловить особо нечего. 
Даже первая солнцеподобная одиночная звезда - Эпсилон Эридана, и та кажется на расстоянии 11 световых лет.  

Даже если звезда негодна для колонизации - она может быть годна для "промежуточной заправки".
Притом мне сложно представить что такое "не годна". Если мы можем тысячи лет лететь вообще без звезды - то нам достаточно просто источника энергии для неограниченных полётов на орбите звезды, даже если у неё нет планет а только астероидные пояса.

[Проходящий Кот]

Эта простая мысль до Сторонников Второй Земли никак не доходит.
Сколько им не говорят, что если звездолетчики смогли перелететь между звездами, то им в общем-то планета особенно и не нужна, а достаточен астероидный пояс  --- они всё равно    бъются   в истерике   : подавай им Землю и всё тут!!!!

[николай теллалов]

достаточен астероидный пояс

плюс

[ЕАМ.]

из этого интервью и произрастает моя омерзительная классификация всех решений парадоксов Ферми.

Ситуация является парадоксальной и приводит к выводу, что или наше понимание природы, или наши наблюдения неполны и ошибочны.
Другими словами: смотрим и не видим за деревьями леса - вот и все решение парадокса.

[cybertron]

планета особенно и не нужна

Наличие землеподобной планеты - на порядки упрощает и ускоряет постройку колонии.

Или вам придется долго и нудно добывать материалы из астероидов и потом строить из них колонии О'Нейла.
Или вы приземляетесь и используете для добычи богатые местные месторождения. А спать можете в палатках.

Планета не обязательна - но очень желательна.

[николай теллалов]

добывать материалы из астероидов и потом строить из них колонии О'Нейла

онейлы - пример инерции мышления, так как не являются оптимальными для жизни в космосе сооружениями

[Проходящий Кот]

планета особенно и не нужна

Наличие землеподобной планеты - на порядки упрощает и ускоряет постройку колонии.

Или вам придется долго и нудно добывать материалы из астероидов и потом строить из них колонии О'Нейла.
Или вы приземляетесь и используете для добычи богатые местные месторождения. А спать можете в палатках.

Планета не обязательна - но очень желательна.

Нырнув в гравитационную яму, вы резко снижаете маневренность колонизации, фактически сведя её к освоению планеты.
Пройдет много тысяч лет, прежде чем потомки десантников получат возможность вновь уйти в космос.


Палатка на планете без атмосферы. Тогда уж лучше сразу белая простынь, чтобы не мучатся.

[crazy_terraformer]

Эта простая мысль до Сторонников Второй Земли никак не доходит.
Сколько им не говорят, что если звездолетчики смогли перелететь между звездами, то им в общем-то планета особенно и не нужна, а достаточен астероидный пояс  --- они всё равно    бъются   в истерике   : подавай им Землю и всё тут!!!!

Планета - концентрированный в пределах максимум нескольких десятков тысяч км источник материальных ресурсов. А если есть гидросфера уже и энергетических. Хотелось бы конечно урана и тория, наличия местной биосферы, предлагающей путешественнику органическое топливо и кислород для его сжигания. Гравитация бесплатна...Естественная защита от жёсткой радиации. Наличие геохимических циклов. Утеря высокихтехнологий и знаний для адаптированных к местным условиям не критична дья выживания.
Жителям же замкнутых космических объектов помимо внешних факторов(утечка газов и жидкостей в космос, жёсткой радиации, метеоритов, событий Кэррингтона) угрожает ускоренная эволюция микробиоты, скученность ещё может позволить патогену заразить большинство наших героев ещё до проявления симптомов.