Космос и продвинутая технология
Приспосабливая имеющуюся технологию, мы могли бы действительно открыть космические просторы – но мы этого делать не будем. По пути, который просматривается из сегодняшнего космического движения, человеческой цивилизации потребовалось бы десятки лет, чтобы прочно обосноваться в космосе. До этого момента прорывы в технологии откроют новые пути.
В настоящее время группам инженеров обычно требуется от пяти до десяти лет для разработки новой космической системы, при этом тратится от десятков до тысяч миллионов долларов. Эти задержки на разработку и затраты делают прогресс болезненно медленным. В грядущие годы, однако, автоматизированные системы разработки разовьются в полностью автоматические проектировочные системы. Как только это произойдёт, задержки на разработку и затраты уменьшатся, а затем резко упадут; производственные системы, управляемые компьютерами сократят общие затраты ещё больше. Придёт день, когда автоматизированная разработка и производство сделают разработку космических систем более чем в десять раз более быстрыми и дешёвыми. Наше продвижение в космос резко ускорится.
Будут ли к тому времени осваивающие космос смотреть в прошлое на наши существующие космические программы как на ключ к космическому развитию? Не исключено, что нет. Они увидят больше технического прогресса, произошедшего за несколько лет, чем космические инженерам раньше удавалось за несколько десятилетий. Они вполне могут придти к заключению, что ИИ и робототехника сделали больше для космического развития, чем сделала целая армия инженеров НАСА.
Ассемблерная революция и автоматическая разработка объединятся, чтобы произвести прогресс, который заставит наши сегодняшние усилия по освоению космоса казаться старинной диковинкой. В главе 4 я описал, как самовоспроизводящиеся ассемблеры будут способны строить лёгкий и прочный двигатель ракеты с использованием минимум человеческого труда. Используя подобные методы, мы будем строить весь космический флот с малыми издержками и необычайной производительностью. При равном весе их материалы, построенные по алмазной структуре, примерно в пятьдесят раз более прочные (и в четырнадцать раз более жёсткие), чем алюминий, используемый в сегодняшних космический челноках; космические корабли, построенные из этих материалов, можно сделать на 90 процентов более лёгкими, чем аналогичные корабли сегодня. Выйдя в космос, космический корабль развернёт солнечные коллекторы для сбора энергии, которая там в изобилии. Используя эту энергию для питания ассемблеров и дизассемблеров, они будут перестраивать себя в полёте так, чтобы соответствовать изменяющимся условиям или прихотям своих пассажиров. Сегодня космическое путешествие – это сложная задача. Завтра оно будет лёгким и удобным.
С момента, когда нанотехнология обоснуется в производстве маленьких объектов, подумайте о самом маленьком космическом корабле, несущего человека: скафандр. Вынужденные использовать непрочные, тяжелые и пассивные материалы, инженеры сейчас делают большие неуклюжие скафандры. Взгляд на усовершенствованный скафандр проиллюстрирует некоторые возможности нанотехнологии.
Представьте себе, что вы – на борту космической станции, вращающейся, чтобы симулировать нормальную гравитацию Земли. После инструктажа, вам дают примерить костюм: он висит на стене, серый, похожий на резину, с прозрачным шлемом. Вы снимаете его, поднимаете его ощутимый вес, раздеваетесь и входите в него через открытый шов с передней стороны.
Костюм ощущается мягче самого мягкого каучука, но имеет гладкую внутреннюю поверхность. Он легко надевается на вас и шов запечатывается в одно прикосновение. Он плотно облегает вашу кожу, подобно тонкой кожаной перчатке вокруг ваших пальцев, утончаясь на ваших руках и становясь толстым как ладонь в районе поясницы. За вашими плечами едва заметный, находится маленький ранец. Вокруг вашей головы – почти невидимый шлем. Под вашей шеей внутренняя поверхность костюма облегает вашу кожу лёгким одинаковым прикосновением, которое вскоре становится почти неощутимым.
Вы встаете и проходитесь, экспериментируя. Вы подпрыгиваете на носках и не чувствуете никакого дополнительного веса костюма. Вы наклоняетесь и выпрямляетесь и не чувствуете никакого стеснения, никаких складок, никаких мест, где давит. Когда вы трёте пальцы друг о друга, это ощущается, как будто на них ничего нет, но как будто они слегка толще. Как вы дышите, воздух ощущается чистым и свежим. Фактически вы чувствуете, что вы могли бы забыть, что вообще на вас есть костюм. Что более важно, вы чувствуете себя также удобно, когда выходите в космический вакуум.
Костюм умеет делать это все и более того посредством сложных процессов в структуре его материала, текстура которого почти столь же сложна, как у живой ткани. Палец перчатки толщиной в миллиметр имеет место для тысячи слоев толщиной в микрон активных наномашин и наноэлектроники. На участке размером с кончик пальца достаточно места для миллиарда механических нанокомпьютеров, при этом 99.9 процентов места останется для других компонентов.
В частности останется место для активной структуры. Средний слой материала костюма содержит трехмерную ткань из волокон на алмазной основе, действующих во многом подобно искусственному мускулу, но способных как толкать, так и тянуть (это обсуждается в Примечаниях). Эти волокна занимают много места и делают материал костюма прочным как сталь. Приводимые в движение микроскопическими электромоторами и управляемые нанокомпьютерами, они придают материалу костюма его гибкую прочность, давая ему возможность растягиваться, сжиматься и сгибаться как необходимо. Когда костюм ощущался мягким, это было благодаря тому, что он запрограммирован быть мягким. Костюму совсем не сложно сохранять свою форму в вакууме; он имеет достаточно прочности, чтобы не раздуваться как воздушный шар. Аналогично, ему совершенно не сложно поддерживать свой собственный вес и двигаться так, чтобы соответствовать вашим движениям, быстро, гладко и без сопротивления. Это – одна причина, почему почти не чувствуется, что он вообще одет.
Кажется, что на пальцах ничего не надето, потому что вы чувствуете, текстуру того, к чему прикасаетесь. Это происходит, потому что датчики давления покрывают поверхность костюма, а активная структура покрывает его внутреннюю поверхность: перчатка чувствует форму всего, к чему бы вы ни прикоснулись, и передаёт подробный рисунок давления, который предмет производит, и передаёт такую же образец текстуры на вашу кожу. Также она делает обратный процесс, передавая во вне подробный рисунок давления, который оказывает ваша кожа на внутреннюю поверхность перчатки. Таким образом перчатка делает вид, что её нет, и ваша кожа ощущается, как будто на ней почти ничего нет.
Костюм имеет прочность стали и гибкость вашего собственного тела. Если вы измените настройки костюма, он будет продолжать соответствовать вашим движениям, но иначе. Вместо того, чтобы просто передавать силу, которую вы прикладываете, он усиливает её в десять раз. Аналогично, когда что-то касается вас, костюм передаст внутрь только одну десятую силы. Теперь вы готовы для схватки с гориллой.
В свежем воздухе, который вы вдыхаете, уже нет ничего удивительного; рюкзак содержит в себе обеспечение воздухом и остальным, что вы потребляете. Однако после нескольких дней, проведённых вне корабля на солнечном свете, воздух у вас не будет заканчиваться: подобно растению, костюм поглощает солнечный свет и углекислый газ, который вы выдыхаете, производя свежий кислород. Также, подобно растению (или целой экосистеме), он расщепляет остальные отходы жизнедеятельности на простые молекулы и вновь собирает их в молекулярные структуры свежей, цельной еды. В действительности костюм будет обеспечивать ваш комфорт, дыхание и хорошее питание почти где угодно в пределах Солнечной системы.
Что более важно, костюм долговечен. Он может выдержать отказ многочисленных наномашин, потому в нём есть очень большое количество других, которые возьмут ответственность на себя. Пространство между активными волокнами оставляет достаточно места для ассемблеров и дизассемблеров, чтобы везде перемещаться и восстанавливать поврежденные устройства. Костюм ремонтирует себя с той же скоростью, с которой изнашивается.
В пределах границ возможного, костюм мог бы иметь множество других полезных возможностей. Пятнышко материала меньше булавочной головки, могло бы содержать текст всех когда-либо изданных книг и показываться на складном экране". Другое пятнышко могло бы быть «зёрнышком», содержащим информацию об огромном количестве устройств, большем чем всё человечество построило до сегодняшнего дня, вместе с самовоспроизводящимися ассемблерами, способными произвести любое из них.
Что более важно, быстрые системы технического ИИ, такие как описанные в предыдущей главе, могли бы спроектировать костюм за утро и иметь построить его к полудню.
Все, что мы делаем в космосе с помощью современной балк-технологии, будет стремительно и намного превзойдено вскоре после того как прибудут молекулярная технология и автоматическая разработка. В частности мы будем строить самовоспроизводящиеся ассемблеры, которые будут работать в космосе. Эти репликаторы будут использовать солнечную энергию, как это делают растения, и с её помощью они превратят камни астероидов в свои копии и продукты для использования людьми. С ними мы получим все ресурсы солнечной системы.
К настоящему моменту большинство читателей заметило, что это, подобно некоторым более ранним обсуждениям, звучит как научная фантастика. Некоторые могут радоваться, иные будут встревожены, что будущие возможности действительно будут этого рода. Некоторым, однако, может казаться, что если что-либо "звучит как научная фантастика", то это – основание, чтобы об этом не думать и не принимать во внимание. Это ощущение общераспространённое и заслуживает более подробного рассмотрения.
Технология и научная фантастика уже длительное время находятся в любопытных отношениях. Воображая будущие технологии, авторы научной фантастики руководствовались отчасти наукой, отчасти глубокими человеческими устремлениями и желаниями, а частично требованием рынка на причудливые истории. Что-то из того, что они себе воображали, позже становилось реальным, потому что идеи, которые кажутся возможными и интересными в фантастике, однажды оказываются возможными и привлекательными в реальности. Что более важно, когда учёные и инженеры предвидят разительную возможность, такую как полёт в космос с помощью ракеты, писатели научной фантастики обычно вцепляются в эту идею и её популяризируют.
Позже, когда продвижение технологии делает эти возможности ближе к реализации, другие авторы исследуют факты и описывают перспективы. Эти описания, если они не слишком абстрактны, далее звучат как научная фантастика. Будущие возможности будут часто напоминать сегодняшнюю фантастику, также как роботы, космические корабли и компьютеры напоминают вчерашнюю фантастику. Может ли быть иначе? Впечатляющие новые технологии выглядят как научная фантастика, потому что авторы научной фантастики, вопреки своим многочисленным вымыслам, не слепы и имеют профессиональный интерес к этой области.
Авторы научной фантастики часто заменяют вымыслом научную сторону своих историй, чтобы «объяснить» впечатляющие технологии. Тогда некоторые не очень чётко мыслящие люди берут все описания впечатляющих технических успехов, сваливают их в одну кучу с этой вымышленной, поддельной наукой, и игнорируют всё вместе. Это к сожалению. Когда инженеры проектируют будущие возможности, они проверяют свои идеи, изменяя их так, чтобы они соответствовали наилучшим образом тому, как мы понимаем законы природы. Получающиеся в результате концепции необходимо отличать от идей, развитых, чтобы удовлетворять спросу на макулатурную фантастику. От этого зависят наши жизни.
Многое останется невозможным, даже с молекулярной технологией. Никакой скафандр, хотя и изумительный, не будет способен летать туда сюда с бесконечно огромными скоростями, или выдерживать большие взрывы, или проходить через стены, или даже бесконечно сохранять прохладу в горячем изолированном месте. Мы должны проделать длинный путь прежде достигнем пределы возможного, однако пределы существуют. Но эта тема обсуждается ниже.
Изобилие
Ресурсы космоса объединяются с ассемблерами и автоматическими системами проектирования, чтобы создать картину великого будущего материального изобилия. Что это означает, можно лучше всего понять, исследуя затраты.
Затраты отражают пределы наших ресурсов и способностей; высокие затраты указывают на ограниченные ресурсы и трудные цели. Пророки дефицита в сущности предсказали резко повышающуюся стоимость ресурсов, и вместе с ней определённый сорт будущего. Стоимость ресурсов, однако, всегда зависит от технологии. К сожалению инженеры, пытаясь предсказать стоимость будущих технологий обычно сталкиваются с клубком деталей и неопределённости, который оказывается невозможно распутать. Эта проблема затрудняет наше понимание будущего.
Перспектива самовоспроизводящихся ассемблеров, автоматического проектирования и космических ресурсов разрубает этот Гордиев узел предсказания затрат. Сегодня стоимость изделий включает затраты рабочей силы, капитала, сырья, энергии, земли, утилизации отходов, организации, распределения, налогов и разработки. Чтобы понять, как изменяться общие издержки, рассмотрим эти элементы один за другим.
Рабочая сила. Самовоспроизводящиеся ассемблеры не будут требовать какой-либо рабочей силы, которая бы их строила, как только существует первый ассемблер. Разве могут помочь человеческие руки работе ассемблера? Далее, с роботами и устройствами различных размеров для сборки частей в большие системы, полный производственный процесс от сборки молекул до сборки небоскребов мог бы не включать трудовые затраты.
Капитал. Системы, основанные на ассемблерах, если их должным образом запрограммировать, будут сами производительным капиталом. Вместе с большими роботизированными) машинами, они будут способны строить практически всё что угодно, включая копии себя. Поскольку этот самовоспроизводящийся капитал будет способен удваиваться много раз за день, только спрос и доступные ресурсы будут ограничивать его количество. Капитал как таковой практически издержек не требует.
Сырье. Так как молекулярные машины будут располагать атомы наилучшим образом, небольшое количество материала может использоваться очень долго. Обычные элементы, такие как водород, углерод, азот, кислород, алюминий и кремний окажутся лучшими для постройки основной массы большинства структур, средств транспорта, компьютеров, одежды и т. д.: они лёгкие и образуют прочные связи. Поскольку грязь и воздух содержат эти элементы в изобилии, сырьё будет также дёшево как грязь.
Энергия. Ассемблеры будут способны работать от химической, либо электрической энергии. Построенные ассемблерами системы будут преобразовывать солнечную энергию в химическую, подобно растениям, или солнечную в электрическую, подобно солнечным батареям. Существующие солнечные батареи уже более эффективны чем растения. С самовоспроизводящимися ассемблерами для постройки коллекторов солнечной энергии, топливо и электрическая энергия будут стоить очень мало.
Земля. Системы производства, основанные на ассемблерах, будут занимать мало места. Большинство могли бы уместиться в шкафу (или в наперстке, или в булавочной головке); системы большего размера могли бы быть размещены под землёй или в космосе, если кому кто-то захочет что-то, что требует такого ужасного количества места. Производственные системы, основанные на ассемблерах будут дёшево производить и землеройные машины, и космические корабли.
Утилизация отходов. Ассемблерные системы будут способны контролировать атомы, которые они используют, делая производство таким же чистым как растущая яблоня, или даже чище. Если же этот сад всё равно окажется слишком грязным или неприятным взору, мы сможем полностью перенести его с Земли в космос.
Организация. Сегодня, фабричное производство требует организации для координации усилий большого числа рабочих и менеджеров. В производственных машинах на базе ассемблеров не будет никаких людей, они просто будут сидеть и делать вещи на заказ. Их начальное программирование обеспечит всю организацию и информацию, необходимые, чтобы делать целый спектр продуктов.
Распределение. С автоматическими транспортными средствами, передвигающимися по туннелям, созданных дешевыми землеройными машинами, для распределения нет нужды ни использовать рабочую силу, ни губить пейзаж. С ассемблерами в доме и в населённом пункте, прежде всего будет меньшее необходимости в самом распределении.
Налогообложение. Большинство налогов забирают установленный процент с цены, и таким образом добавляет установленный процент к стоимости. Если стоимость пренебрежимо мала, налог будет незначителен. Далее, правительства со своими собственными репликаторами и сырьем будут иметь меньшее причин обкладывать налогами людей.
Разработка. Если сложить упомянутые выше пункты, то затраты производства получают низкими. Системы технического ИИ, избегая стоимости труда по разработки, фактически устранят затраты на проектирование. Сами эти системы ИИ будут недороги в производстве и эксплуатации, построенные с помощью ассемблеров и не имея никаких склонностей кроме как к проектированию.
Короче говоря, в конце длинной линии прибыльных достижений в компьютерных и молекулярных технологиях, стоимость проектирования и создания вещей понизится разительно. Я упомянул выше "сырье, дешёвое как грязь, и действительно, ассемблеры будут способны делать почти всё что угодно из грязи и солнечного света. Космические ресурсы, однако, изменят "дешёвое как «грязь» в "дешевле дешёвой грязи": верхний слой почвы имеет ценность в экосистеме Земли, но камни из астероидов прибудут из мертвой и тоскливой пустыни. Таким же самым образом, ассемблеры в космосе будут сцеживать дешёвый солнечный свет.
Космические ресурсы огромны. Один астероид мог бы похоронить все континенты Земли под километровым слоем сырья. Космос поглощает 99.999999955 процентов света Солнца, который не падает на Землю, и большая часть уходит в межзвездную пустоту.
Космос содержит материю, энергию и пространство, достаточные для проектов громадного размера, включая обширные космические поселения. Системы на базе репликаторов будут способны строить миры размера континентов, походящие на цилиндры доктора О'Нейлла, но сделанные из прочного материала на базе углерода. Со всеми этими материалами и водой из ледяных лун других солнечных систем, мы будем способны создавать не только земли в космосе, но целые моря, шире и глубже, чем Средиземное. Построенные с помощью энергии и из материалов космоса, эти широкие новые земли и моря будут стоить Земле и её людям почти ничего в терминах ресурсов. Главное требование будет запрограммировать первый репликатор, но системы ИИ с этим помогут. Самой большой проблемой будет решить, чего же мы хотим.
Как Константин Циолковский писал в начале двадцатого века, "Человек не всегда будет оставаться на Земле; поиски света и пространства будут вести его к проникновению за границы атмосферы, сначала робко, но в конце, чтобы завоевать всё солнечное пространство." В мёртвый космос мы принесём жизнь.
А репликаторы дадут нам ресурсы, чтобы достичь звезд. Световой парус, подталкиваемый к звёздам лишь солнечным светом, скоро оказался бы дрейфующим в темноте – быстрее любой современной ракеты, но все же настолько медленно, что будет потребуются тысячелетия, чтобы пересечь межзвёздное пространство. Однако мы можем построить огромное количество лазеров, вращающихся вокруг Солнца, и с их помощью запускать лучи намного дальше нашей солнечной системы, разгоняя парус вплоть до скорости света. В этом случае перелёт займёт лишь годы.
Проблему представляет торможение. Фриман Дисон из Принстона предлагает тормозить корабль с помощью магнитных полей в тонком ионизированном межзвёздном газе. Роберт Форвард из "Хьюджез рисёрч лабораториз" предлагает отражать свет лазера от паруса, направляя свет по направлению движения паруса, чтобы тормозить меньший парус, следующий позади. Этот способ или другой (а есть ещё много других), звёзды находятся в пределах нашей досягаемости.
На долгое время вперед, однако, солнечная система может обеспечивать достаточно места. Околоземный космос содержит места для земли с площадью миллион площадей земной поверхности. Нет ничего, что могло бы препятствовать эмиграции или визитам обратно в старую страну. У нас не будет проблем с обеспечением энергией транспортной системы, солнечный свет, падающий на Землю, обеспечивает за десять минут достаточно энергии, чтобы всё население Земли вывести на орбиту. И космические путешествия, и космические поселения станут дешёвыми. Если мы мудро распорядимся молекулярной технологией, наши потомки будут удивляться, что нас так долго удерживало на Земле, и в такой бедности.