Мечтами о заселении других планет человечество стало грезить еще задолго до того, как у нас появились первые космические аппараты для пилотируемых полетов. А с открытием за последние несколько десятков лет нескольких тысяч новых экзопланет, некоторые из которых могут вполне оказаться обитаемыми или, по крайней мере, подходящими для колонизации (в настоящий момент большой интерес представляют планета Проксима b системы Проксима Центавра), мечты о межзвездных полетах и колонизации начинают плавно обретать статус будущих перспектив.
Разумеется, перед тем как начать даже думать об осуществлении подобных миссий, нам придется решить множество очень сложных технических вопросов. Например, на каком корабле лететь? Сколько взять с собой людей, чтобы поселиться на той же планете Проксима b, если она пригодна для жизни? Второй вопрос оказался предметом нового исследования французских ученых, решивших рассчитать минимально необходимое количество людей для того, чтобы здоровая команда, состоящая из нескольких демографических поколений землян, смогла успешно добраться до ближайшей к нам звездной системы. Их работа в скором времени будет опубликована в журнале Journal of the British Interplanetary Society.
Авторами исследования являются Фредерик Марин, доктор астрофизики из Астрономической обсерватории Страсбурга, а также доктор Камилла Белуффи, специалист по физике элементарных и субэлементарных частиц, работающая в научном стартапе Casc4de.
Их исследование является вторым в серии научных работ, направленных решение вопроса о реальности осуществления пилотируемых межзвездных полетов к Проксиме b. Их первая работа носит название «Наследие: использование метода Монте-Карло для расчета перспективности межзвездных путешествий с использованием команды из людей, относящийся к разным поколениям» была опубликована в августе 2017 года в том же журнале Journal of the British Interplanetary Society. Вторая, о которой мы сегодня говорим, называется «Компьютерный расчет минимального количества человек, необходимого для полета к Проксиме Центавра b».
Свое новейшее исследование доктор Марин и доктор Белуффи начали с разбора многочисленных концептов, описывающих варианты для межзвездных путешествий. Среди этих предложений имеются как «более консервативные» подходы, с использованием тех же космических кораблей, работающих на базе ядерно-импульсных (например, тот же «Проект Орион», не путать с космическим аппаратом NASA «Орион») и термоядерных двигателях («Проект Дедал»), так и более современные концепты, вроде того же Breakthrough Starshot.
Все эти программы еще далеки от практической реализации и/или не подразумевают пилотируемые полеты (как в случае с тем же проектом Starshot). Предметом интереса для Марин и Белуффи в их исследовании стали и миссии, которые с большой долей вероятности будут запущены в течение ближайших лет. Например, одной из таких миссий является запуск аэрокосмическим агентством NASA солнечного зонда Паркер, запланированного на июль-август этого года. Ожидается, что данный зонд сможет достичь максимально возможной для созданного человеком космического аппарата скорости, которая будет составлять до 724 205 км/ч или около 200 км/с (или 0,067% от скорости света).
«Эти числа будут полностью отражать возможности наших технологий на время проведения этой миссии. Если бы мы приступили к строительству космического аппарата для полета к Проксиме b прямо сейчас, то смогли добиться скорости максимум в 200 км/с. Таким образом достичь точки назначения мы смогли бы лишь за 6300 лет. Конечно же, технологии не стоят на месте. Со временем они становятся все более продвинутыми. Но расчеты показывают, что к моменту начала реализации проекта настоящего межзвездного перелета мы сможем сократить время полета до 630 лет. Однако это все пока только на бумаге. Технологий, позволяющих так быстро добраться до другой звездной системы у нас сейчас просто нет», — прокомментировал доктор Марин порталу Universe Today.
Взяв за отправную точку текущие возможности (то есть скорость полета в 200 км/с и 6300 лет, необходимые чтобы с такой скоростью добраться до Проксимы b) доктор Марин и доктор Белуффи попытались определить какое в таком случае минимальное количество людей потребуется для того, чтобы к точке назначения смогла добраться полностью здоровая команда. Для проведения этих расчетов ученые использовали метод Монте-Карло и разработанную самим Мартином новую программу расчетов. Метод Монте-Карло представляет собой математический метод статистического моделирования, позволяющий получить усредненное значение или возможный результат какого-то явления, через перебор всех возможных случайных сценариев и событий, стоящих на пути решения. Обычно он используется в тех случаях, когда применение аналитических моделей явления представляется затруднительным или совсем невозможным.
«Для решения задачи мы использовали разработанное мной программное обеспечение. Оно называется HERITAGE («Наследие»), более подробно с ним можно ознакомиться в первой работе нашей научной серии исследований. Оно использует стохастический (случайный) метод Монте-Карло, который учитывает все возможные результаты моделирования путем проверки каждого случайного сценария дальнейшего развития того или иного события, включая жизнь и смерть. Проведя моделирование несколько тысяч раз, мы можем получить статистически усредненные значения, отражающие вероятность реального космического путешествия с учетом команды, которая будет состоять из представителей различных поколений. Эта программа учитывают максимально возможное количество различных биологических факторов и в настоящий момент улучшается для учета все большего и большего числа физических факторов», — сказал Марин.
Среди биологических факторов: соотношение числа мужчин и женщин на борту космического аппарата, их возраст, ожидаемая средняя продолжительность жизни, коэффициент фертильности (рождаемости), а также время, в рамках которого команде придется поддерживать уровень воспроизводства. Также здесь учитываются случайные факторы: различные инциденты, катастрофы, болезни и количество людей, которые, вероятнее всего, будут им подвержены.
Подставив под формулу расчета различные факторы и значения, ученые провели более сотни моделирований межзвездных путешествий для определения минимального необходимого размера команды. Оказалось, что при консервативных условиях для полета к ближайшей звездной системе с потенциально обитаемой экзопланетой и поддержки смены поколений в среднем потребуется не менее 98 человек.
Использование меньшего количества экипажа пропорционально снизит шансы на успех. Например, моделирование показало, что при изначальном экипаже, состоящем из 32 человек шанс на успех миссии снизится до 0% — в большей степени потому, что в таком маленьком обществе существенно повысятся шансы кровосмешения. В итоге, несмотря на то, что команда, возможно, и доберется до Проксимы b, генетически все эти люди будут нездоровы – не самые лучшие условия для создания первой межзвездной колонии.
«Наши модели позволяют с большой точностью предсказать необходимый минимум людей в команде для обеспечения многовекового космического путешествия. В этом исследовании мы показываем, как использование принципов социальной инженерии (например, ежегодная перепись населения космического аппарата, контроль популяции и другие ограничения) может помочь в создании здорового космического общества и его поддержке в течение практически неограниченного количества времени», — говорит доктор Марин.
Несмотря на то, что технологии и ресурсы, необходимые для осуществления межзвездных путешествий, нам пока не доступны (и будут недоступны еще как минимум несколько поколений), исследования подобные этому могут играть важное значения для подобных миссий в будущем. Если мы, конечно, вообще достигнем такого уровня. Понимание вероятности успешности подобных миссий и увеличение этой вероятности до степени, когда шанс успеха будет практически гарантирован, увеличит и шансы на то, что такие проекты однажды действительно получат свою практическое воплощение.
Данное и предшествующее ему исследования важны еще и потому, что в них впервые учитываются ключевые биологические факторы (например, воспроизводство), а также то, какое воздействие эти факторы могут оказаться на команду, которая будет сменяться новыми поколениями людей, выросших на борту корабля.