Проблемы освоения реального космоса: когда мы полетим к звёздам, как в Starfield

В начале сентября вышла Starfield — долгожданная космическая RPG от Bethesda Game Studios. Впервые за 25 лет компания выпускает полностью новый тайтл, а не сиквел в уже существующей вселенной. Геймерам давно известно, что Bethesda — мастера создания огромных игровых миров, в которые можно с головой уходить на целые месяцы, если не годы.

Однако в этот раз нас ждал по-настоящему космический размах: персонажи летают в отдалённые уголки галактики и исследуют не один, а целые сотни миров — космические станции, планеты и их спутники.

Но давайте посмотрим на Starfield с другой стороны. Мы изучили игру, а также научно-популярные статьи о космической отрасли, чтобы разобраться, насколько человечество далеко от свободного исследования Вселенной, и сравнить игровой мир Starfield с реальным.

Что происходит в Starfield

Для начала расскажем немного о том, что из себя представляет Starfield, — для тех, кто провёл последние несколько месяцев в грузовом трюме. В начале игры герой попадает в город Нью-Атлантис в системе альфы Центавра, огромный хаб Объединённых колоний. Там главного героя принимают в «Созвездие» — независимую группу исследователей космоса, ставящую перед собой цель разгадать загадки мироздания.

Действие Starfield происходит в относительно недалёком будущем: человечество уже успело освоить космические перелёты на дальние расстояния и успешно колонизировало множество систем. Контактов с другими разумными цивилизациями пока не произошло, однако на отдалённых планетах действительно обнаружилась жизнь. Исследуя другие миры, можно увидеть множество представителей местной фауны самых разных форм и размеров.

Большинство из них процедурно сгенерированы — так же как и ландшафт. Однако в игре есть и контент, сделанный вручную: в основном это сюжетные локации и персонажи. Например, станция Неон — бывшая рыболовная платформа, превратившаяся в огромный межпланетный киберпанковый притон. Другой пример — город Акила, внешний вид которого явно был вдохновлён космическими вестернами.

Не все планеты обитаемы, но даже на холодных каменистых спутниках есть чем заняться: они богаты минералами и ресурсами. С помощью них можно прокачивать и модернизировать свой корабль, который собирается из разных частей, как конструктор. Можно модифицировать и оружие главного героя. Помимо этого, в игре присутствует продвинутая система прокачки: Starfield — это полноценная RPG с очками опыта, деревом навыков и так далее.

При создании дизайна техники Bethesda вдохновлялась реальными примерами космического оборудования. Этот визуальный стиль студия назвала NASA-punk. Поэтому, скажем, скафандры героев выглядят не как футуристичные облегающие костюмы, а как настоящие — наподобие тех, в которых космонавты NASA и других агентств летают на земную орбиту. То же самое касается кораблей и их интерьеров: они выглядят не футуристично, а скорее приземлённо и практично.

Главные проблемы космических путешествий

Теперь попробуем ответить на главный вопрос: почему мы пока что не можем точно так же исследовать далёкие звёзды и планеты?

Первая причина банальна: недостаточное развитие технологий звёздных перелётов. Современные ракеты летают на химическом топливе, и самый далёкий космический объект, куда на них удалось долететь человеку, — это Луна. До неё «всего» 384,4 тысячи километров. В космических масштабах это совсем недалеко: например, полёт миссии «Аполлон-11» занял три дня.

Для сравнения: расстояние до Марса в ближайшей точке сближения двух орбит составляет порядка 56 млн километров. Однако такое сближение происходит нечасто: окно возможности выпадает один раз в 26 месяцев. Если им воспользоваться, полёт до Красной планеты составит примерно девять месяцев. И это — лишь ближайший «сосед» внутри нашей Солнечной системы.

С такими двигателями, как сегодняшние, полёт до самой близкой к нам системы, альфы Центавра, будет длиться 148 тысяч лет. Иными словами, мы никогда туда не доберёмся, если не найдём другой способ перемещений в космосе.

В Starfield же корабли летают при помощи grav-drive — технологии, позволяющей изгибать пространство и совершать «прыжки» к далёким системам, так что там скорости совсем иные и нам пока недоступные.

И здесь учёным неплохо было бы почерпнуть идей из научной фантастики — что порой они и делают. Так, в 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре вдохновился сериалом «Звёздный путь» и предложил теоретическую модель двигателя, основанного на изменении геометрии пространства. Во вселенной сериала звездолёт образует этакий пузырь, и получается так, что двигается не сам корабль, а пространство вокруг него.

Но, хоть эта концепция и работает с уравнениями поля Эйнштейна, на практике сооружение такого двигателя пока невозможно, так как модель подразумевает наличие материи, имеющей отрицательную плотность энергии.

В «Звёздных войнах» корабли с гипердвигателем открывают коридор в гиперпространство — для просчёта траектории полётов им нужен специальный бортовой компьютер, который в небольших истребителях заменяет астробот типа R2-D2. В игровой серии Mass Effect существует сеть ретрансляторов массы, которые при помощи манипуляций с нулевым элементом открывают туннель в пространстве и отправляют корабль в другую часть галактики. А в «Дюне», например, корабли используют для перемещения складки в пространстве. Для этого нужен навигатор, который под «стимулятором» из пряности проводит сложнейшие расчёты и прокладывает траекторию полёта.

Но, увы, в реальном мире всех этих технологий не существует. То же самое можно сказать про кротовые норы и телепортацию — другие популярные тропы в научной фантастике. Но они хотя бы немного ближе к реальности. Возникновение кротовых нор допускается астрофизическими расчётами, хотя пока учёные не нашли ни одного доказательства их существования.

Как и в случае с моделью Алькубьерре, существование кротовых нор вписывается в общую теорию относительности. Однако на практике оно также требует существования экзотической материи — то есть материи с отрицательной энергией и большим отрицательным давлением. При этом она должна оставаться стабильной достаточное количество времени, чтобы этот туннель тут же не схлопнулся.

Даже если допустить, что кротовые норы существуют, путешествие через них будет очень опасным и потенциально смертельным. Учёным и инженерам придётся придумать, как защитить экипаж от космической радиации, контакта с экзотической материей и внезапного коллапса кротовой норы.

Телепортация отчасти даже существует, но не в привычном её понимании. Учёные экспериментировали с элементарными частицами, но вместо мгновенного переноса материи в пространстве, им удалось передать данные их квантового состояния из одной точки в другую. Это как если бы вам удалось, сидя в своей комнате, мгновенно перенести тревожность и недосып в комнату соседей. Не такая уж и плохая технология, если подумать. Но до переноса самих элементарных частиц, а уж тем более объектов из макромира, нам ещё очень и очень далеко.

Другое препятствие на пути колонизации космоса — это вопросы, связанные с безопасностью и здоровьем самих астронавтов. Долгое нахождение в среде с низкой гравитацией ведёт к развитию мышечной атрофии и проблемам с сердечно-сосудистой системой. Опасность также представляют космическая радиация и звёздная активность, от которой в космосе не защищает слой земной атмосферы.

Когда же удастся высадиться на другую планету, возникнет целый ряд новых сложностей. Из очевидного — отсутствие атмосферы, пригодной для дыхания, а также экстремальные перепады температур.

Научная фантастика предлагает целый ряд всевозможных технологий, позволяющих астронавтам справляться с суровыми условиями других миров. Есть вполне себе приземлённые: например, скафандры из термоустойчивых материалов с продвинутыми системами жизнеобеспечения. Или, скажем, использование роботов для работы в условиях с токсичными материалами. Starfield идёт скорее по этому пути, так как при её создании ориентировались на реальные разработки в космической отрасли.

Но есть и довольно экзотические технологии вроде биологических или кибернетических аугментаций у астронавтов. Сюда же можно отнести использование нанороботов или, скажем, гравитационных ботинок для работы в условиях с низкой силой притяжения.

Но вернёмся к реальности. А она такова, что даже пыль на других планетах может представлять смертельную угрозу. Продолжая пример с Луной: если на Земле песчинки из-за ветра обтираются друг от друга и стачивают углы, то при отсутствии атмосферы (а следовательно, и ветра) их поверхность остаётся острой как бритва. Пылинки оставляют микропорезы, что может привести к серьёзным травмам, быстрому износу оборудования и экипировки.

Всё это требует разработки резистентных материалов и дорогостоящих систем жизнеобеспечения. Другими словами, для космической отрасли нужно серьёзное финансирование. И это ещё одна из главных причин, почему мы всё ещё не исследуем другие планеты. Исследования и разработки, строительство космических летательных аппаратов и тестовые запуски (зачастую неуспешные) — всё это очень дорого.

При всей потенциальной значимости для развития человечества вложения в космическую отрасль пока что приносят мало осязаемых дивидендов. Мы пока ещё не используем другие планеты в качестве новых земель для жизни и даже не добываем с них ресурсы.

На какие планеты лететь и что мы о них знаем

В Starfield игрок может исследовать множество обитаемых и необитаемых миров. Но что мы на самом деле знаем о ближайших планетах, которые потенциально могли бы стать для землян вторым домом?

В Солнечной системе кандидатов немного. Марс выглядит перспективно с точки зрения близости к Земле, но отсутствие пригодной для дыхания атмосферы сильно затрудняет его освоение. Без серьёзных усилий по терраформированию его стоит рассматривать пока лишь как возможную базу для дальнейших космических миссий.

При этом нужно понимать, что терраформирование — это пока что более теоретическая концепция, нежели практическая. В научной фантастике примеров интересных технологий огромное множество — от атмосферных процессоров («Чужие») до наноботов и орбитальных зеркал, разогревающих поверхность планеты (например, «Красный Марс» Кима Робинсона).

В реальности же, хоть мы и имеем представление о том, чего не хватает Марсу, чтобы стать пригодным для жизни, у нас пока нет ни проверенных технологий, ни опыта их применения. Всё это также умножается на масштаб: поменять климат целой планеты — это не то же самое, что поставить теплицу у себя на даче. Здесь понадобится колоссальное количество ресурсов и времени — столетия, если не больше.

Вот примерный «список дел» для тех, кто хочет терраформировать Марс:

Помимо Марса, среди ближайших направлений есть также Европа — спутник Юпитера. Исследования показывают, что под её ледяной поверхностью может находиться океан. Если гипотеза верна, это позволило бы создать условия для появления жизни. И хотя из этой ледяной планеты тяжело сделать второй дом для землян, её исследование смогло бы стать важным этапом на пути освоения космоса.

Планеты, находящиеся за пределами Солнечной системы, называются экзопланетами, и среди них гораздо больше кандидатов на потенциальное заселение людьми. Многие из них находятся в так называемой обитаемой зоне — к ней относят планеты, на поверхности которых может находиться вода в жидком виде.

Но, помимо этого, есть ещё и другие факторы которые стоит учитывать: наличие атмосферы (желательно — пригодной для дыхания), расстояние до ближайшей звезды, достаточное для попадания лучей на поверхность, а также схожий с Землёй размер, чтобы не бороться с чрезмерной гравитацией.

Одна из таких планет — это проксима Центавра b, вращающаяся вокруг одной из трёх звёзд системы альфы Центавра. Точные данные пока отсутствуют, но есть вероятность, что на поверхности этой планеты может находиться атмосфера и вода в жидком виде — все условия для этого есть.

Другой кандидат — это Kepler-442 b. Она вращается вокруг звезды, очень похожей на наше Солнце. Из всех обнаруженных экзопланет эта — одна из самых похожих на Землю, хотя из-за большего размера у неё на 30% выше сила гравитации.

Но нужно понимать, что колонизация в космосе будет работать совершенно не так, как она работала на Земле несколько веков назад. Раньше люди могли уплыть на корабле на другой континент и, в общем-то, просто там и остаться: в большинстве случаев там точно так же, как и дома, можно было найти источники воды, еды, материалов для постройки жилища.

В случае с колонизацией другой планеты человек попадает в абсолютно другую экосистему, где нет привычных и необходимых для его существования вещей. Даже если там будет плотная атмосфера — не факт, что она подойдёт для дыхания. Если будет жидкая вода — не факт, что в ней не будет смертельной концентрации токсинов. Если даже там обнаружится жизнь в какой-то форме — не факт, что инопланетная флора или фауна будут иметь такую же, как и мы, углеродную структуру и что хоть что-то из этого будет пригодно в пищу и не будет вызывать страшного отравления.

Это значит, что будущим космическим исследователям, скорее всего, придётся брать с собой всё: экипировку, инструменты, материалы для строительства базы. Нужно будет устанавливать на далёких планетах системы, позволяющие автономно производить еду, воду, воздух и утилизировать отходы. И до тех пор, пока с каждым новым визитом путешественников с Земли базы не разрастутся в большие автономные города, о полноценной колонизации планеты можно и не мечтать.

В этом плане город Нью-Атлантис из Starfield — это довольно большая сюжетная условность. Действие игры происходит в 2330 году, и если человечество хочет к этому времени построить в системе альфы Центавра такой огромный космический хаб, то начинать над этим работать нужно уже сейчас. Однако без существенного прорыва в изучении космических двигателей нам только и остаётся, что строить теории и рассматривать эти далёкие миры через телескопы.

Всевидящее око «Хаббла»

К слову о телескопах — с ними всё не так просто, как может показаться. Те из них, которые расположены на Земле, дают неполную картину о космических объектах из-за атмосферных помех. И хотя технологии не стоят на месте и обсерватории по всему миру используют специальную адаптивную оптику, современное исследование космоса во многом полагается на космические телескопы.

Пара известных примеров — это телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб». Они располагаются на земной орбите, и из-за этого картинка, получаемая ими, не страдает от атмосферного искажения. Впрочем, эта картинка — это не совсем графическое изображение в привычном нам понимании. Телескопы во многом полагаются на спектральный анализ. Свет далёких космических объектов, улавливаемый ими, разделяется по цветам на спектральные составляющие, что позволяет установить материал и температуру объекта, излучающего или отражающего свет.

В отличие от планет нашей солнечной системы, экзопланеты невозможно увидеть в прямом смысле этого слова. Поэтому их обнаружение и исследование полагается на другие принципы. Вращаясь на орбите и пролетая мимо звезды, экзопланета встаёт между звездой и наблюдателем, заслоняя её таким образом и блокируя некое количество света. Если эту разницу в яркости измерить, то на основе расчётов можно сделать выводы о размере планеты и её расстоянии до звезды.

Однако нужно помнить, что мы видим свет звёзд, долетающий до нас спустя годы путешествия сквозь космос. То есть мы буквально наблюдаем события, произошедшие годы, тысячелетия, иногда даже миллионы лет назад.

Используя космические телескопы, учёные сумели не только исследовать объекты внутри Солнечной системы, но и расширить понимание о многих тайнах Вселенной. Например, о циклах жизни звёзд, о сверхмассивных чёрных дырах в центрах галактик, а также о загадочной тёмной материи.

При исследовании других галактик выяснилось, что в них гораздо больше массы, чем должно быть в видимой части их материи. Таким образом, должен быть какой-то другой источник массы (и, соответственно, гравитации), который невидим имеющимся у нас способам обнаружения. Проблема исследования тёмной материи заключается в том, что она почти никак не взаимодействует с обычной материей и не излучает ни света, ни электромагнитной радиации. Считается, что тёмная материя составляет порядка 80% от всей материи во Вселенной. Понимание её природы и способов взаимодействия с ней может стать величайшим прорывом в исследовании космоса.

Какие разработки есть сейчас и что будет дальше

Над чем сейчас работают лучшие умы человечества и какие перспективы у космической отрасли? Попробуем разобраться. Во-первых, ведутся исследования новых технологий ускорения для космических кораблей. До grav-drive из Starfield нам ещё далеко, но всё же есть определённые успехи.

Например, взять тот же ионный двигатель. Нет, это не что-то из «Звёздных войн» — ионные двигатели действительно существуют. Такой, например, был у Dawn, дрона NASA, отправленного в 2007 году на исследование большого астероидного пояса и протопланет Весты и Цереры. Принцип работы ионного двигателя заключается в том, что ионизированный газ разгоняется до высоких скоростей в электромагнитном поле, создавая таким образом ускорение. И хотя разгон у такого двигателя медленный, они довольно энергоэффективны и могут создавать ускорение в течение долгого времени, что полезно при полётах на длинные расстояния.

Схожий эффект у технологии солнечного паруса: он использует поток солнечных лучей для ускорения. И хотя такой двигатель не требует топлива на борту, он тоже медленно разгоняется, а также теряет эффективность по мере удаления от Солнца из-за постепенного рассеивания солнечных лучей и потока фотонов.

Другой пример — это ядерное термическое ускорение. Двигатель на этой технологии способен развивать гораздо большие скорости и достигать цели за более короткое время. Но из-за вопросов безопасности его использование пока что не вышло за пределы испытаний. Хотя NASA рассматривало возможность использования ядерного двигателя для пилотируемых запусков на Марс.

В качестве возможных направлений далёкие галактики, конечно, пока не рассматриваются. Но освоение ближайших к нам небесных тел определённо стоит на повестке дня. В первую очередь, конечно же, это Луна и Марс. Обустройство постоянных баз на них сильно упростило бы дальнейшие исследования.

Одна из самых крупных текущих программ — это миссия Artemis, которую NASA планирует запустить совместно с пятью другими космическими агентствами. Основная её цель — это возвращение человека на Луну, впервые с 1972 года. Долгосрочная же цель программы — это основание постоянной базы на лунной поверхности. Она станет первым шагом к последующему запуску миссий на Марс.

Помимо пилотируемых запусков, сейчас в процессе находятся десятки прочих исследовательских миссий. Космические агентства со всего мира запускают дроны для изучения ближайших планет, астероидов, и, конечно же, Луны. Какие-то из них исследуют атмосферу, какие-то — инопланетный грунт, а некоторые ищут признаки существования жизни.

Другой важный элемент развития космической отрасли — это коммерциализация и привлечение частного капитала. Они открывают широкие возможности для совершенно разных сфер — от грузоперевозок до космического туризма. На ум сразу же приходит пресловутая SpaceX, и это совершенно верно: за прошедшие 20 с небольшим лет ей удалось совершить больше запусков, чем космическим агентствам многих стран. Также ей первой удалось запустить ракету в космос и затем вернуть её на Землю, посадив на плавучую платформу.

В долгосрочной перспективе SpaceX видит своей целью колонизацию Марса. Но в ближайших планах у компании дальнейшее тестирование Starship и ракеты Super Heavy — самого мощной ракеты-носителя из когда-либо созданных человеком. Она будет способна переносить до 100 человек на орбитальных и межпланетных перелётах, а также доставлять грузы весом до 150 тонн на орбиту.

У SpaceX также большие планы по использованию Starship в качестве сверхбыстрого пассажирского транспорта. Перелёт в любую точку Земли на такой ракете будет занимать меньше часа. Ракета-носитель поднимает Starship на высоту в 300 км, где при отсутствии атмосферного трения корабль разгоняется до скорости в 27 тысяч километров в час, а по прибытии приземляется на плавучую платформу и высаживает пассажиров.

* * *

Космос пока остаётся всё таким же далёким и недоступным, но человечество делает шаги в правильном направлении. Если все страны мира вместо политических игр и борьбы за ресурсы займутся освоением новых космических горизонтов, то эти шаги превратятся в уверенный спринт. А там уже недалеко и до колонизации Луны, Марса и других планет.

Ну а пока можно готовиться к светлому космическому будущему человечества, играя в Starfield. Обустройство своего корабля, добыча ресурсов на далёких планетах, поиск важных контактов среди жителей других миров — все эти навыки однажды нам пригодятся.