В первой части я описал, как может происходить полет к ближайшим звездам при наличии технологии световых скоростей, но их нет и похоже в ближайшие несколько сот лет, а возможно, и никогда не появятся. Как быть, если очень хочется долететь до ближайших звезд? Надо выжимать максимум из того, что имеем.
Для начала можно и нужно применить гравитационные маневры в самой солнечной системе, т. е. используя гравитацию планет ускорять корабль практически без расхода топлива. Например, Юпитер в теории может дать прирост скорости в 43 км/с. То есть, если маршрут корабля построить так, чтобы он выполнил серию таких маневров, можно достичь очень существенных показателей. Да, потеряешь лет 10 на маневры в Солнечной системе, зато потом сэкономишь в разы больше.
Но этого мало, надо еще существенно ускориться. Современные химические двигатели для этого не годятся, у них слишком малый КПД. Скорость истечения вещества всего 4,5 км/с, и это почти предел. Как альтернатива ионные двигатели, у них этот показатель 20–50 км/с, то есть они в 10 раз эффективнее, при этом в теории этот показатель можно довести до 210 км/с. Один минус: современные двигатели дают малую тягу, но со временем эту проблему, думаю, решат.
Ну что, прикидываем корабль. Имея эти исходные данные. Допустим гравитационными маневрами мы сможем разогнать корабль до 100 км/с. Далее включаем ионные двигатели. Прикинем сколько надо топлива при скорости истечения 200 км/с. По теории Циолковского:
V/V1=Ln(1+M1/M2),
где V — конечная скорость ракеты, М1— масса топлива, М2 — масса ракеты.
Пока примем массу корабля М1 за 1. V1 = 200 км/с. Скорость ракеты... Вот это интересно: сколько готово человечество потратить времени для полета? Предположим, что мы смогли сделать супер-пупер надежный аппарат, способный проработать 500 лет. Отсюда находим необходимую среднюю скорость для полета к ближайшей звезде: 2500 км/с, минусуем 100 км/с добавленными гравитационными маневрами и, подставив данные в формулу Циолковского, имеем: 2400/200=ln(1+M1/1).
M1 = 60 000. То есть на одну тонну корабля надо 60 000 тонн топлива, что не реально в принципе, и это только на разгон корабля, без торможения.
Выхода только два, или создаем двигатель с большим истечением вещества, или увеличиваем срок полета. Если исходить от срока, более менее приемлемым соотношением масса корабля к массе топлива становится только при 2000 лет полета — 7,5.
То есть на торможение уйдет топлива в эквиваленте 7,5 массы корабля. При этом в массу корабля надо включить массу двигателей и баков с топливом. То есть полезная нагрузка будет от силы 50%. Значит от Земли надо разогнать 7,5 единицы топлива, 1 единицу самого корабля, и еще сам разгонный блок который пусть будет весить 5 единиц. 7,5*(1+7,5+5)=101,25 единиц топлива. Итого 7,5+101,25=108,75 единиц топлива. 5,5 единицы вес двигателей и баков и только 0,5 веса корабля. То есть на одну единицу доставленного груза к Альфа Центавре нужен корабль массой в (108,75+5,5)*2=228 единиц. Все равно много. Но при современных технологиях большего не выжать.
Теперь о корабле. Нужен экипаж численностью минимум в 100 человек. Почему 100? Именно это количество людей гарантирует генетическое многообразие и исключает развитие наследственных мутаций. Ведь лететь надо будет 2000 лет, а это порядка 70 поколений.
То есть в корабле придется создать целый мир. Небольшой, но полностью автономный. Еда, воздух, вода, все ресурсы должны быть полностью воссоздаваемые. На борту должны быть фермы во выращиванию пропитания, мини фабрики по изготовлению практически всего. Не возможно запастись всем на 2000 лет полета. Экипаж должен будет в состоянии изготавливать любые запчасти для ремонта корабля, вещи и медикаменты для личного использования. Обязательна искусственная гравитация.
Станция МКС весит 440 тонн, на борту постоянно находится шесть членов экипажа. То есть на 100 человек в пропорции надо 7 333 тонн. Но в нашем случае умножаем это на три. Ибо нужны на борту дополнительные ресурсы и оборудование, сам корабль дожнем иметь как минимум значительно больший внутренний объем для удобства экипажа.
Итак, имеем корабль массой 22000 тонн который должен будет долететь до конечной точки. Для этого потребуется топливо, двигатели, баки массой: 22000 * 228 = 5 миллионов тонн!
Ну вот и все. В ближайшие несколько сот лет человечество просто не потянет подобной экспедиции. Сейчас все страны мира в год выводят на орбиту от силы 1500 тонн грузов. То есть при таких темпах на строительство корабля для полета к другим мирам уйдет 3300 лет. Можно конечно увеличить интенсивность запусков раз в 100, но тут не справится экономика планеты, да и экология наверное тоже. Вывод 1 кг. груза сейчас стоит порядка $2000, ну за счет массовости снизим эту цифру до 1000. То есть вывод: 5 миллионов тонн обойдется человечеству в 5 триллионов долларов. МКС стоит 150 миллиардов, станция в 50 раз больше будет стоить 7,5 триллиона долларов. Стоимость разгонных блоков (баки и двигатели) которые будут весить 242000 тонн это еще триллионов 10. Ну и стоимость топлива. Выходит порядка 25 триллионов долларов. При этом надо еще решить кучу технических задач. Как например минимизировать утечки топлива и воздуха. За 2000 лет это будут существенные потери которые будет нечем восполнить. Нужно будет разработать целый ряд предельно долговечных материалов. Надо будет решить проблему энергетического снабжения. Создание ядерного реактора со сроком службы более 2000 лет, это еще та задачка для инженеров.
Запуск автоматической станции как альтернатива, но тут другая проблема. Даже если её доразогнать и сократить время в пути до 1000 лет, она гарантированно не проработает столько. Если экипаж еще может чинить свою станцию и поддерживать ее в рабочем состоянии, то тут любой сбой это выход из строя. Современные спутники работают в среднем 10–20 лет.
Так что остается ждать пока человечество не изобретет двигатель который по эффективности в разы превзойдет ионный.