Йолдызара кораблар – фәнни фантастикада зур урын алып торган күренеш. Галәм тематикасына багышланган күпсанлы фильмнарда алар барлык нечкәлекләренә кадәр сурәтләнә. Әмма чынбарлыкта да мондый проектлар булган икән бит! Аларның күпчелеге узган гасырның 50-70 нче елларына карый. Бу табигый, чөнки космонавтика өлкәсе барлыкка килгән чорда җәмгыятьтә «кешелекнең киләчәге – һичшиксез галәмне яулап алуда» дигән рухи күтәренкелек хөкем сөргән. Берничә дистә ел үтәр, Марста алмагачлар чәчәк атар, ә кешеләр күрше йолдызларга кунакка очар төсле тоела. Күрше күк җисемнәренә очуның никадәр катлаулы, күпсанлы киртәләргә очрый торган эш икәне аңлашылып бетми әле ул заманда. Тик XX гасыр ахырына сүлпәнәйгән романтик идеяләр, ХХI гасырда кабат яңарып, яңа технологик алымнар белән баетыла. Әйдәгез, аларның кайберләре белән танышып китик.

Сүзлекчә:

XX гасыр кораблары

Галәмдә ераклык яктылык елларында исәпләнә, шунлыктан гадәти химик ягулыкта иң якын йолдызларга очып җитәр өчен дә меңәрләгән (!) ел кирәк булыр иде. Бу очракта очыш максатына беренче космонавтларның n нчы буын оныклары гына ирешәчәк. Очыш дәвамында берничә буын алышына торган мондый төр галәм очкычын буыннар корабы* дип атыйлар. Беренче карашка галәми сәяхәткә чыгуның иң гади юлы булып тоелган бу ысул күп сандагы киртәләргә очрый. Беренчедән, кораб эчендә үз-үзен тәэмин итә алган ясалма биосфера булдырырга кирәк. Кызганыч, әмма бу юнәлештәге тәҗрибәләрнең берсе дә (Biosphere-2, MELiSSA, БИОС-3) әлегә уңышлы тәмамланмады. Икенчедән, дәвамлы очыш вакытында кешеләрдә күпсанлы психик тайпылышлар барлыкка килергә, яки космонавтларның соңгы буына очышның максаты нидән гыйбарәт булганын онытырга, планета өслегендә тереклек итүгә яраклашмаган булырга мөмкин. Өченчедән, мондый зур проект бик күп чыгымнар таләп итәчәк. Әлеге проблемаларның барысын да экипажны анабиоз халәтенә кертеп хәл итеп булыр иде. Дөрес, кешене анабиозга кертү ысулы әлеге табылмаган, тик бу эшнең теоретик мөмкинлеге шик тудырмый.

Шулай да корабны яктылык тизлегенә якынайту ысулын табу очыш максатына тизрәк ирешергә мөмкинлек бирер иде. Шуларның берсе – фотон тарту көченә* нигезләнгән двигатель төзү. Фотонлы очкыч идеясен узган гасыр уртасында алман галиме Эйген Зенгер тәкъдим итә. Аның үзенчәлеге түбәндәгедә: матдә белән антиматдә, тәэсир итешеп, бер-берсен юкка чыгарган вакытта (аннигиляция), югары энергияле нурланыш (гамма-квантлар, нейтрино, корылган кисәкчекләр агымы һ. б.) туа. Бу нурланышны чагылдыру дәрәҗәсе 100% якынлашкан махсус көзге ярдәмендә кайтарсаң, хәрәкәт импульсы барлыкка киләчәк. Кызганычка каршы, реаль шартларда энергиянең күплечек өлеше югалыр иде. Өстәвенә реакция өчен ким дигәндә 1-2 млн т антиматдә кирәк булачак. Табигатьтә антиматдә сирәк очрый, ә аны синтезлау бик кыйммәткә төшәчәк.  

Галәм корабын электромагнит нурланыш ярдәмендә хәрәкәткә китерүнең тагын бер ысулы – яктылык җилкәнен куллану. Яктылык фотоннары, нинди дә булса өслек белән тәэсирләшкәндә, үзләренә хас булган импульсны шушы өслеккә тапшыралар, шул рәвешле яктылык басымы барлыкка килә. Бу күренеш ярдәмендә галәм корабларын хәрәкәткә китерергә мөмкин икәненә 20 нче елларда беренче булып совет галиме Фридрих Цандер игътибар итә. Яктылык басымының көче бик аз, шунлыктан көзгеле җилкәннәр бик зур булырга тиеш. Әйтик, 100 кг авырлыктагы аппаратны Кызыл планетага очыру өчен 46 м² мәйданлы җилкән кирәк булыр иде! Кояштан ераклашкан саен яктылык басымы да кими, ә бу сәяхәт ераклыгын бик нык чикли. 80 нче елларда физик Роберт Форвард Superstarlight дигән проект тәкъдим итә. Проект буенча Кояш яктылыгын турыдан-туры түгел, ә Меркурий орбитасындагы квант генераторларын кору өчен кулланырга киңәш ителә. Генераторлар барлыкка китергән микродулкынлы нурланыш, Сатурн һәм Уран арасында урнаштырылган зур линзалар (диаметры 1000 км) ярдәмендә көчәйтелгәннән соң, алюминий җилкәнле корабны хәрәкәткә китерә. Гомуми авырлыгы 80 мең т җиткән очкыч 1,5 ел эчендә яктылык тизлегенең 50% тәшкил иткән тизлеккә кадәр кызулана алыр иде. Ничек кенә матур яңгырамасын, бу проектның да җитешсезлекләре бар: югары тизлекләрдә йолдызара тузан саклагыч тышчаның тиз арада эштән чыгуына китерәчәк, шуңа өстәп пространствоның кәкрелеге ерак араларда яктылык чыганагының дөрес торышын көйләргә мөмкинлек бирмәячәк.

1946 елда физик Якоб Аккерет йолдызара очкычларга аннигиляция энергиясендә эшли торган ионлы двигатель урнаштырырга мөмкин дигән фикер белдерә. Бу төр двигательнең эш принцибы электр кырында бик зур тизлеккә җиткерелгән ионлашкан газның реактив тарту көченә нигезләнә. Ул ягулыкна аз тота һәм озак вакыт эшли ала, әмма аның тарту көче зур түгел. Бүгенге көндә ионлы двигательләр галәм аппаратларының пространстводагы торышын көйләү һәм кечкенә зондларны (Deep Space 1, SMART-1, Хаябуса һ. б.) хәрәкәтләндерү өчен кулланыла.     

Энергия табуның тагын бер юлы – төш һәм термотөш реакцияләрен куллану. 1947 елда поляк галиме Станислав Улам галәм корабын атом бомбасын шартлатып хәрәкәткә китерү идеясен белдерә. 1958 елда АКШтагы General Atomic корпорациясе әлеге идеягә нигезләнгән Orion проектын башлап җибәрә. Проект авторлары арасында танылган физиклар Теодор Тейлор һәм Фримен Дайсон да була. Әлеге проект, билгеле бер вакыт аралыгы саен зур булмаган төш бомбаларын шартлатып, бүленеп чыккан энегияне идарә ителүче корабны хәрәкәткә китерүдә куллануны күздә тота. Моның өчен корабның арткы өлешенә калын плитә урнаштыру карала: ул, берьяктан, шартлау импульсын амортизаторлар системасы аркылы корабка тапшырса, икенче яктан, пассажирларны куркыныч тизләнеш һәм радиациядән сакларга тиеш була. Корабның зур һәм кече варианты тәкъдим ителә: 40 млн т авырлыктагы Energy Limited Orion Starship очкычына, яктылык тизлегенең 0,33% тәшкил иткән тизлек белән хәрәкәтләнеп, бездән 4,4 яктылык елы ераклыгында урнашкан a-Центавр системасына барып җитү өчен 1300 ел кирәк булса, 400 мең тонналы Momentum Limited Orion Starship корабына моның өчен 133 ел да җитәр иде. 

Шул ук елны корпорация АКШның Оборона министырлыгы каршындагы Алдынгы тикшеренүләр идарәсе белән хәзмәттәшлек итә башлый. Килешү буенча, корабның массасы 10 мең т булып, ул үз эченә 150 кешене сыйдыра алырга тиеш була. Модельләрнең күпчелеге сынаулар вакытында җимерелә, тик 1959 елда аларның берсе 100 м биеклеккә күтәрелә ала. Шулай да очкычны башка планетага утырту ысулы уйлап табылмый. NASA агентлыгы төш двигателендә эшли торган кораб проектларын караудан баш тартканга күрә, 1960 елда Orion проекты тулысынча яшәүдән туктый.

Очкычның массасын киметү максатыннан 1960 елда Америка физигы Роберт Бассард, электромагнит бүрәнкә* ярдәмендә йолдызара тирәлектәге сутуар* һәм тузанны җыеп, термотөш реакцияләрендә тарту көчен булдыруда файдаланырга тәкъдим итә. Бу кораб массасының зур өлешен алып торган ягулыктан котылырга мөмкинлек бирер иде. Хәлбуки, йолдызара туры агымлы* Бассард двигателе дип аталган бу җайланманың берничә җитешсезлеге бар. Беренчедән, реаль шартларда электромагнит бүрәнкә үзен тормоз кебек тотачак, икенчедән, бүрәнкә эшли алсын өчен, корабны башта яктылык тизлегенә якын булган тизлеккә кадәр тизәйтергә кирәк. 

60 нчы елларда СССРда техник фәннәр докторы Валерий Бурдаков моңа кадәр искә алынган идеяләрнең синтезына нигезләнгән кораб проектын тәкъдим итә. Галәм киңлегенә чыгарылган очкыч башта пульсацияли торган термотөш двигателендә хәрәкәтләнергә тиеш була. Реакция өчен кирәк булган сутуар йолдызара тирәлектән магнит бүрәнкә ярдәмендә җыела. Корабның тизлеге 150 км/с җиткәч, эшкә туры агымлы двигатель кушыла – бу 10 мең км/с тизлеккә кадәр тизләнергә мөмкинлек бирә. Ниһаять, Кояш системасы чигендә фотонлы двигатель эшли башлый. Шунысы кызык: антиматдәнең вакытыннан алда юкка чыгуын булдырмау максатыннан автор левитация күренешен кулланырга уйлый. Бурдаков корабының башлангыч массасы 1184 т булып, артык двигательләрдән котылганнан соң, ул 773 т калырга тиеш була. Бу концепция һәр төр двигательнең җитешсезлеген бетерергә һәм теориядә яктылык тизлегенә якын булган тизлеккә ирешергә мөмкинлек бирер иде.

1973 елда Британ планетара җәмгыяте йолдызара очышның теоретик мөмкинлеген ачыклауга багышланган тикшеренүләр башлап җибәрә. Нәтиҗә буларак, 5 елдан соң Daedalus дигән исем алган галәм корабы проекты дөнья күрә. Orion кебек үк шартлау принципына нигезләнгән бу очкыч автомат рәвештә бездән 6 яктылык елы ераклыгында урнашкан Барнард йолдызына сәяхәт кылырга тиеш була, моның өчен аңа 49 ел кирәк булыр дип табыла.

Daedalus аппараты ике баскычтан торырга, ә аның массасы нибары 450 т (Халыкара галәм станциясенекенә тиң) тәшкил итәргә тиеш була. Беренче баскычта 46 мең т ягулык тутырылган 6 бак урнаштырылса, икенче баскычның 4 багына 4 мең т ягулык сыя ала. Файдалы йөкләнеш* йолдыз системасын өйрәнергә тиеш булачак 18 зондтан гыйбарәт булып, ул икенче баскычның борын өлешендә урнаштырыла һәм бериллийдан эшләнгән саклагыч экран белән каплана.

Orion-нан аермалы буларак, Daedalus-та энергия термотөш реакцияләре нәтиҗәсендә бүленеп чыгарга тиеш була. Моның өчен дейтерий һәм һелий-3 катнашмасын кулланырга уйлыйлар (бу төр реакцияләрдә радиоактив нурланыш күп барлыкка килми). Изотоплар салынган ядрәне двигатель эченә ташлап, аңа көчле лазер белән тәэсир итәләр. Шуннан соң кайнарланган ягулыкта төш синтезы реакцияләре башлана, ә ионлашкан газ магнит кыры тәэсирендә тышка этеп чыгарыла. Шартлау импульсы тарту көчен тудыруга һәм лазерларны коруга тотыла. Бу төр двигательнең егәрлеге Җир шарында эшли торган бар төр двигательләр егәрлегеннән берничә тапкырга зуррак булыр, ә кораб яктылык тизлегенең 10% тәшкил иткән тизлеккә кадәр тизләнә алыр иде, тик Җирдә һелий-3 күләме бик аз. Проект авторлары бу изотопны Ай туфрагыннан яисә Юпитер атмосферасыннан табарга тәкъдим итәләр, соңгысында ул чиксез күләмдә очрый.

Daedalus проектының әһәмияте – йолдызара очыш мөмкинлеген теоретик яктан исбатлауда. Әлеге проект кысаларында тәкъдим ителгән идеяләр бүгенге көндә дә актуальлеген югалтмый һәм яңа төр галәм корабларын проектлаштырганда нигез булып тора.

70 нче еллар ахырына моңа кадәр яшәү өчен яраклы дип саналган Марсның җансыз салкын чүл икәне ачыклана, алга таба Кояш системасында тереклек итәргә яраклы күк җисемнәренең юклыгы билгеле була. 1995 елда Пегас 51 йолдызы тирәсендә беренче экзопланета ачылуга кадәр ерак була әле. Шулай итеп, XX г. ахырына йолдызара очкыч идеяләре белән кызыксынучылар әкренләп кими. Әмма әлеге торгынлык чорында да сирәк-мирәк кызыклы фикерләр яңгырап тора. Мисал өчен, 1987-88 елларда NASA агентлыгы АКШ Хәрби диңгез академиясе белән берлектә Longshot дип аталган проект тәкъдим итә. Аның максаты – a-Центавр системасына төш двигателендә хәрәкәтләнә торган космик аппарат җибәрү. Очкычның массасы 396 т гыйбарәт була (шуның 66% ягулык), ул яктылык тизлегенең 4,5% тәшкил иткән тизлек белән хәрәкәтләнер дип көтелә. Мондый тизлектә a-Центавр системасына очып җитү өчен якынча 100 ел кирәк булыр иде. 1991 елда совет астрономнары Александр Багров һәм Михаил Смирнов электромагнит һәм импульслы термотөш двигателендә эшли торган кораб проекты турында язып чыгалар. Исәпләүләргә караганда, бу очкыч a-Центавр йолдызына 12 елда барып җитә алыр иде.

XXI гасыр һәм йолдызара сәяхәт

Узган гасырда башка йолдызларның планеталары булу ихтималы теориядә генә каралса, хәзер бу чыгарма түгел, ә канун: урта массалы йолдыз тирәсендә планеталар очрату гадәти күренеш булып санала. Бүгенге көндә Җиргә охшаш 23 экзопланета ачылган, һәм аларның саны елдан-ел арта гына бара. Галимнәр фикеренчә, Галактикабызда безнекенә охшаш дөньяларның саны 10 млрд күбрәк булырга мөмкин! Бу саннар галәми очыш турында хыялланучыларны илһамландырмый калмый. Нәтиҗәдә XXI г. башына йолдызара очкычлар идеясе, элеккеге масштабта булмаса да, яңадан яңарды.

Хәзерге вакытта төрле ил галимнәреннән җыелган берләшмә Daedalus-ның яңартылган варианты – Icarus проекты өстендә эшли. Проектның төгәл максаты билгеләнмәгән: галәм аппараты бездән 15 яктылык елы ераклыгында урнашкан теләсә кайсы йолдызга очып җитәргә тиеш. Daedalus проектының яңа модификацияләре турында NASA һәм DARPA (Алдынгы тикшеренү проектлары агентлыгы) тарафыннан булдырылган 100 Year Starship программасы кысаларында да сүз алышу бара. Әлеге программа күрше йолдызларга очу өчен яңа технологияләр булдыруны күздә тота.

2016 елда барлыкка килгән Breakthrough Starshot шәхси проекты яктылык җилкәне һәм көчле лазер ярдәмендә хәрәкәтләнә торган үтә кечкенә автоматик зондлар ясауга юнәлтелгән. 1 г авырлыктагы аппаратлар, яктылык тизлегенең 20% тәшкил иткән тизлектә хәрәкәтләнеп, 20 ел эчендә a-Центавр системасына очып җитәргә тиеш булачак.

Ниһаять, 1994 елда Мексика физигы Мигель Алькубьерре, корабның алдында пространствоны кысып, ә койрык өлешендә – киңәйтеп, яктылык тизлегеннән дә югарырак тизлеккә ирешеп була дигән фикер белдерә. Пространствоны кәкрәйтү ярдәмендә хәрәкәтләнүнең бу ысулы Алькубьерре куыгы дип атала. Бүгенге көндә әлеге юнәлеш буенча актив тикшеренүләр алып барыла. Алькубьерре куыгын тормышка ашыру өчен бик күп энергия таләп ителәчәк, әмма аның практик мөмкинлеге дәлилләнгән очракта, йолдызара очкычларның тизлеген чикли торган киртәдән котылу ихтималы бар.     

Кызганычка каршы, билгеле сәбәпләр аркасында бу проектларның күпчелеге йолдызларга кешене түгел, ә ясалма интеллектны җибәрүне күздә тота. Шулай да Homo sapiens төренең йолдызара киңлекне яулый алу ихтималы юк түгел. Әйтик, милләттәшебез, АКШтагы Bagaveev Corporation шәхси космик ширкәтенең җитәкчесе Надир Баһавиев та күрше йолдызларга очу өчен үз галәм корабы проектын тәкъдим итә. Ул бу транспорт чарасын татарчалаштырып йолдызат дип атый, корабның исеме дә Yoldyzat. Проектның үзенчәлеге – ул Татарстанда тормышка ашырылырга тиеш. Моның өчен Республикада конструкторлык бюросы төзеп, бер урында галим-мөһәндисләрне* туплау күздә тотыла. Корабның беренчел максаты – бездән 39,5 яктылык елы ераклыгында урнашкан TRAPPIST-1 системасына[1] кешеләр җибәрү. Бу системадагы планеталарның кайберләре тереклек итү өчен яраклы булырга мөмкин[2]. Очышның дәвамлылыгы якынча 120 елны тәшкил итәчәк, ягъни йолдызат буыннар корабыннан гыйбарәт.

Әлеге корабның диаметры 500 м, озынлыгы – 5 км, ул үз эченә 10 меңгә якын кешене сыйдыра алачак. Артык зур булуы сәбәпле, аны Җир орбитасында төзергә туры киләчәк, моның өчен якынча 50 ел вакыт кирәк булыр дип көтелә. Дәвамлы очышка чыгар өчен кораб үз-үзен чимал һәм энергия белән тәэмин итәргә тиеш, шулай ук кораб эчендә йомык экосистема булдыру да шарт. Шул сәбәпле, йолдызат 8 мөһим өлештән торырга тиеш, болар: тереклек зонасы, двигатель, йөк һәм транспорт кораблары үзәге, файдалы казылмаларны эзли һәм эшкәртә торган җайланмалар, кирәкле материалларны эшләп чыгара торган химик заводлар, җиһаз җитештерә торган 3D-принтерлар, склад һәм төзелеш заводлары. Надир әфәнде фикеренчә, корабның барлык өлешләре белән идарә итү өчен космик радиациягә чыдам булмаган электрон санаклар урынына оптик санаклар кулланырга кирәк. Генетик кодка[3] охшатып аларны 4 битлы итәргә мөмкин: оптик санакта мәгълүмат 4 төрле озынлыктагы яктылык дулкыны (670 нм – кызыл, 536 нм – яшел, 480 нм – зәңгәр, 405 нм – шәмәхә) чыганагы булган лазерлар ярдәмендә языла ала.

[1] TRAPPIST-1 системасы турында «Гыйлем»дә укыгыз: http://giylem.tatar/archives/2177

[2] Яшәү өчен яраклы якынрак экзопланеталар табылган очракта, корабның очыш максаты үзгәрергә мөмкин

[3] Билгеле булганча, ДНКда генетик мәгълүмат 4 азот калдыгы – аденин, тимин, гаунин һәм цитозин ярдәмендә кодлана

Йолдызат өчен түбәндәге двигатель төрләре карала: фотонлы-лазерлы, ионлы һәм туры төш двигателе. Аларның барысы да яктылык тизлегенең 30% тәшкил иткән тизлеккә ирешергә мөмкинлек бирәчәк. Шулай да практикада плутоний-239 нигезендә эшли торган төш двигателен куллану отышлырак булыр дип көтелә, чөнки бу очракта бүленеп чыккан беренчел энергиянең бик аз өлеше генә югалачак. Проект авторлары берничә төр двигатель урнаштыру турында да уйлый. Мәсәлән, ионлы двигатель радиоактив матдәләр барлыкка китермәгәнгә, аны Кояш системасыннан чыкканчы файдалану яхшы булачак, соңрак төш двигателенә күчәргә мөмкин.   

Корабның мөһим өлешләреннән берсе – ул тереклек зонасы. Bagaveev Corporation йолдызара корабында ясалма биосфера булдыру планлаштырыла, ягъни монда, кешедән тыш, бактерияләр, түбән һәм югары төзелешле үсемлекләр, бөҗәкләр, кошлар, вак имезүчеләр тереклек итү өчен дә шартлар булырга тиеш. Тереклек зонасы һәрберсенә 2000 кеше сыя алырлык автоном 5 корпустан торачак. Корпуслар берничә кат пыяладан торган 500 м диаметрлы сфералардан гыйбарәт булып, пыяланың тышкы катламнары арасына су һәм боз тутырылачак. Бу тере организмнарны космик радиация һәм метеор җисемнәреннән саклау өчен кирәк. Шулай ук корабның борын өлешендә метеороидларны юкка чыгара торган махсус лазер да урнаштырылачак. Сфера үз күчәре тирәсендә әйләнгәндә, аның эчендә ясалма гравитация барлыкка киләчәк. Җылылык чыганагы буларак плутоний-239 радиоактив изотобын куллану карала: аның ярымтаркалу периоды 24000 елга тигез; атом-төш энергиясен яктылык һәм электр энергиясенә әверелдерә торган җайланмалар да булачак.

Күргәнебезчә, күрше йолдызларга очу өчен күпсанлы галәм корабы проектлары тәкъдим ителгән, һәм алар һәрдаим яңартылып торалар. Якын киләчәктә шуларның берсе, автомат рәвештә булса да, иң якын йолдызга очып җитә алса – бу кешелек өчен бик зур казаныш булачак. Хәтта тормышка ашмаган очракта да, әлеге проектлар космик киләчәкне якынайту, ерак галәм турындагы хыялларны яшәтү өчен мөһим, өстәвенә алар яңа буын кораблары өчен нигез була алачак.

Ләйлә Миңнуллина әзерләде

Өстәмә мәгълүмат өчен Н. Баһавиевка рәхмәт белдерәбез