Последний космический шанс - Антон Первушин

Когда Альберт Эйнштейн впервые опубликовал свои формулы, мир был заворожен их красотой и теми следствиями, которые из них выводились. Популяризаторам и фантастам нравилось обсуждать проблематику релятивистских скоростей и «парадокс близнецов», который служит отличной иллюстрацией разного течения времени в различных системах в зависимости от их скорости. Все это выглядело очень пикантно. Лишь немногие сообразили, что Эйнштейн своими формулами сильно ограничивает возможности космической экспансии за пределы Солнечной системы. Получалось, что не существует и в принципе не может существовать никакого способа преодолеть световой барьер и долететь до ближайшей звезды раньше, чем за пять лет. Еще столько же уйдет на обратную дорогу. Немного утешал факт замедления времени на звездолете: по крайней мере экипаж не успеет сильно состариться.

В какой-то момент к мысли о необходимости потратить годы на полет к соседней звезде привыкли, а энтузиазм начала космической эры породил несколько технически обоснованных проектов релятивистских кораблей на известных нам физических принципах. В качестве цели рассматривались Альфа Центавра, Звезда Барнарда, реже – Эпсилон Эридана и Тау Кита.

Было ясно, что ни двигатели на химическом топливе, ни электроракетные двигатели не способны обеспечить разгон до скоростей, хоть сколько-нибудь сопоставимых со скоростью света в вакууме, равной 299 792 км/с. Прежде всего ученым пришло в голову использовать так называемую «фотонную тягу» («квантовую тягу»). Если наша задача состоит в том, чтобы приблизиться к скорости света, то выглядит логичным использовать сам свет в качестве движущей силы. Физики подсказывают, что при встрече частицы вещества с частицей антивещества произойдет аннигиляция с превращением массы в излучение, которое можно отразить особым зеркалом, создавая импульс движения.

Основоположником теории фотонных звездолетов считается немецкий ученый Эйген Зенгер (мы упоминали его в связи с пределами возможностей химических топлив). Он написал фундаментальный труд «К механике фотонных ракет» (“Zur Mechanik der Photonen-Strahlantriebe”), изданный на русском языке в 1958 году. Ключевой идеей Зенгера было создание «абсолютного отражателя», который был бы способен отражать гамма-кванты высокой энергии, образующиеся при аннигиляции и способные глубоко проникнуть в толщу вещества. Хотя фантасты и популяризаторы с удовольствием описывали в своих текстах фотонные звездолеты как дело ближайших лет (достаточно вспомнить творчество Аркадия и Бориса Стругацких, которые относили создание первых космических кораблей на фотонной тяге ко второй половине 1980-х годов), никто в принципе не мог сказать, как изготовить такой «абсолютный отражатель». Кроме того, физики отмечают, что при аннигиляции выделяются не только гамма-кванты, но и заряженные частицы и нейтрино, причем значительная часть энергии теряется безвозвратно. И еще одно: где взять антивещество, которое потребуется, чтобы разогнать звездолет до субсветовой скорости? Самый оптимистический расчет для разгона корабля массой в 100 т до скорости 0,9 световой дает потребность в 25 млн т антивещества (еще столько же потребуется нормального вещества для аннигиляции). В достижимом пространстве достаточных запасов природного антивещества не наблюдается, поэтому его нужно как-то синтезировать. По современным оценкам, один грамм антивещества будет стоить 10 трлн (десять триллионов!) долларов. И технологий, которые снизили бы цену хотя бы на порядок, пока в принципе не существует. Приходится признать, что «фотонолеты» Стругацких так и останутся фантастикой.

Размышления о том, как можно было бы снизить массу звездолета хотя бы за счет снижения массы топлива, породили интересную концепцию, которая вошла в историю под названием «межзвездный прямоточный двигатель Бассарда» (англ. Bussard ramjet). Идею предложил в 1960 году американский физик Роберт Бассард, и она состоит в том, чтобы с помощью электромагнитной воронки захватывать вещество межзвездной среды (водород и космическую пыль), используя его в термоядерной реакции для создания тяги; при этом в качестве катализатора может служить опять же антивещество.

Межзвездный зонд с двигателем Бассарда

Ключевая проблема такого «прямоточника» в том, что электромагнитная воронка отнюдь не будет выполнять функцию массозаборника так, как предполагалось Бассардом, – скорее, она будет вести себя подобно «тормозу» и корабль в принципе никуда не полетит. Кроме того, для эффективной работы воронки нужно сначала разогнать корабль до релятивистских скоростей, т. е. в любом случае понадобится какая-то начальная ступень, построенная на других принципах. Получается, двигатель Бассарда выглядит еще хуже, чем фотонный, и вряд ли ему найдется применение в обозримом будущем.

Понимание, сколь значительные ресурсы будет потреблять в ходе своего полета релятивистский корабль, привели изобретателей к мысли использовать внешнюю силу для разгона. Сразу напрашивается идея «солнечного парусника». Эффект давления света на отражающую пластину открыл еще в 1899 году русский физик Петр Лебедев. К сожалению, сила этого давления очень мала, поэтому понадобятся колоссальные зеркальные паруса, чтобы разогнать даже небольшой корабль. Например, для движения по оптимальной «низкоэнергетической» траектории полета от Земли к Марсу аппарата весом 100 кг потребуется парус площадью 46 м2. Но самое неприятное – чем дальше мы удаляемся от нашего светила, тем меньше давление на парус, т. е. он пригоден только для путешествий по Солнечной системе и только в одну сторону.

Тогда было найдено изящное решение – «парусник» надо разгонять не с помощью Солнца, а квантовым генератором «мазер», излучающим в микроволновом диапазоне. Такую оригинальную идею первым выдвинул физик Роберт Форвард в начале 1980-х годов. Он воплотил ее в наглядном проекте «Звездная дымка» (с англ. “Starwisp”). Сверхлегкий зонд массой всего 20 г представляет собой тончайшую сетку-парус. Его разгоняет с ускорением 115 g узконаправленный микроволновой луч мощностью 10 гигаватт, генерируемый спутником на околоземной орбите. Такое ускорение позволит достигнуть скорости в 0,2 световой в течение недели! В узлах сетки расположат микросхемы, обладающие элементарной логикой и светочувствительностью. Когда до системы Альфы Центавра, выбранной в качестве цели, останется совсем немного, передатчик у Земли снова включится и «затопит» чужую систему потоком микроволновой энергии. Используя проволочные ячейки сетки как антенны приемников, микросхемы «Звездная дымка» соберут достаточное количество энергии для своих оптических датчиков и логических схем, чтобы увидеть и сформировать образ планет, находящихся в системе. Направление, с которого поступают микроволны воспринимается в каждой ячейке сетки, и эта информация о направлении используется микросхемами зонда для того чтобы использовать ячейки уже как антенны передатчиков, излучающих сигнал, содержащий данные об открывшейся зонду картине, обратно на Землю.