Писатели и авторы фантастических книг и фильмов о космосе придумали множество способов передвижения со сверхсветовой скоростью. Все эти способы позволяют преодолеть квинтиллионы километров и тысячи световых лет за считанные часы и даже минуты. А то и вовсе — мгновенно.

Двигатели космических аппаратов будущего

Этан Сигел: Новые космические двигатели

И все они, к сожалению, противоречат законам физики, а потому не осуществимы на практике (по крайней мере пока). Возникает вопрос: а можно ли вообще построить космический корабль, позволяющий людям достичь хотя бы ближайших звёздных систем за приемлемое время, не нарушая при этом физические законы?

Что мы имеем сегодня

Давайте посмотрим сначала, каковы возможности уже существующих и опробованных во внеземном пространстве космических аппаратов. «Вояджеры», к примеру, за сорок лет полёта преодолевшие границы Солнечной системы, могут разогнаться до 60000 км/час. В этом им помогает грамотное использование гравитации самых больших планет системы — Юпитера и Сатурна. В межзвёздном пространстве таких гравитационных «помощников» нет; но, с другой стороны, там нечему и тормозить корабль. Значит, если космический аппарат будет двигаться в пространстве со скоростью 60000 км/ час, он достигнет ближайшей к нам звёздной системы — тройной звезды Альфы Центавра — за 76000 лет. Иными словами, на корабле сменится около 2500 поколений, прежде чем потомки землян высадятся на планетах трёх солнц.
Но никто и не собирается отправлять к звёздам пилотируемые корабли типа «Вояджеров». Уже сейчас учёным известны по меньшей мере четыре перспективные технологии, способные доставить по месту назначения людей и грузы за гораздо более приемлемое время. Причём две из них находятся на стадии экспериментальной разработки.

Под световым парусом

Описанию этих технологий посвящена статья американского астрофизика Этана Сигеля, опубликованная в журнале Forbes в августе 2020 года.
Сигель считает, что использование управляемого термоядерного синтеза позволит увеличить скорость корабля в сотни раз. То, что постоянно происходит в недрах Солнца, а земные учёные получают сейчас в лабораториях — превращение водорода в гелий (одно ядро атома гелия получается при слиянии двух ядер водорода), — через 50-70 лет может стать основной движущей силой космического корабля.
По расчётам Сигеля, такой способ даст в 10000 раз больше чистой энергии, чем используемое в двигателях современных аппаратов химическое топливо. Однако достижимые на «термоядерной тяге» скорости, позволяющие долететь до Альфы Центавра за сотню-другую лет, — далеко не предел. Зачем нужно нести с собой огромный запас топлива, если можно дистанцировать его от корабля и пользоваться им на расстоянии?
Международный проект Breakthrough Starshot как раз и посвящён конструированию космических кораблей, не использующих топливо, а идущих «под парусом». «Ветром» же, надувающим космические паруса, будет пучок мощных лазерных лучей, оставшийся на орбите Земли и не связанный с кораблём.
Лазерные технологии развиваются сейчас так быстро и успешно, что первый «космический парусник» может покинуть окрестности Земли через те же 50-70 лет. Если к тому времени удастся создать материал для паруса, способный отражать достаточно высокий процент лазерного света, то лазерный «выстрел» придаст кораблю необходимый импульс. Импульс, благодаря которому корабль сможет достичь скорости в одну пятую скорости света… то есть долететь до системы Альфа Центавра за 22 года. Однако на этом пути есть и другие (помимо материала для паруса) технологические сложности, которые только предстоит разрешить.
Во-первых, потребуется развернуть в космосе пучок лазеров огромной площади (около 100 кв, км) — хотя здесь, скорее, проблема не в технологии, а в стоимости. Для самого же корабля нужно будет придумать механизм, стабилизирующий положение паруса и не позволяющий ему произвольно вращаться.
Во-вторых, когда корабль долетит до точки назначения, ему нужно будет затормозить. Значит, всё-таки придётся взять на борт какое-то количество топлива для торможения и всяких «непредвиденных манёвров» — ну и, разумеется, двигатель.
Наконец, чтобы уложиться в 22 года пути до Альфы Центавра, потребуются значительные перепады скоростей за короткий промежуток времени — как при ускорении, так и при торможении. Это будет сопровождаться огромными перегрузками, которые человеческий организм выдержать просто не в силах. Значит, для людей надо будет изобрести какую-нибудь мощную «антиперегрузочную систему».

Антиматерия

Раз уж на космических «парусниках» двигатель всё же необходим, то и он, и топливо должны быть максимально компактными и эффективными.
На роль топлива, возможно, подойдёт антиматерия.
Антиматерия — не вымысел и не фантастика. Первая античастица — позитрон, который является «противоположностью» электрона, — была открыта ещё в 1932 году. С тех пор стало ясно, что у каждой частицы есть своя античастица, а стало быть, возможно существование и антиатомов — атомов, где вокруг ядра, состоящего из антипротонов и антинейтронов, вращаются позитроны.
Такие антиатомы уже получены на Большом адронном коллайдере. Чтобы удержать их в стабильном состоянии и не дать соприкоснуться с обычной материей, учёные используют электромагнитное поле. Если же позволить антиатомам соединиться с обычными атомами, произойдёт мощный взрыв — аннигиляция. В таком взрыве в энергию перейдёт 100 процентов массы как частиц, так и античастиц — что делает антиматерию идеальным топливом для двигателя космического корабля.
Ну или почти идеальным… Ведь при малейшей ошибке неконтролируемая антиматерия вступит в реакцию с самим космическим кораблём и всей его командой. Поэтому усилия учёных, получивших антиматерию, направлены сейчас на решение теоретически вполне возможной, но практически сложной задачи: это создание контейнера для антиматерии с контролируемыми электромагнитными полями, не позволяющими ей коснуться стенок контейнера. В нём антиматерию можно было бы перевозить и хранить; а «встречу» с обычной материей организовывать только в нужное время и в нужном месте.

Заставить работать тьму…

Последнюю из четырёх перспективных технологий будущего космического кораблестроения называют «Звездолёт на тёмной материи». Несмотря на грозное и даже мистическое название, этот проект не так уж безнадёжно фантастичен. Он основан на использовании реально существующего во Вселенной вида материи и не обещает движение со скоростью, превышающей скорость света, — то есть не нарушает законов физики.
При этом использование тёмной материи может дать кораблю самую высокую скорость из всех описанных выше — практически близкую к скорости света.
В самом существовании тёмной материи нет ничего мистического. Эпитет «тёмная» эта материя получила потому, что не участвует в электромагнитных взаимодействиях и потому недоступна обычным средствам наблюдения. Зато её много во всей галактике (в том числе и у нас, в Солнечной системе). Самое же главное для её использования в качестве топлива заключается в том, что тёмная материя — сама себе и тёмная антиматерия. А значит, может аннигилировать энергию, сталкиваясь сама с собой. Это, конечно, происходит не всегда, а с весьма небольшой вероятностью (иначе вся тёмная материя во Вселенной взорвалась бы давным-давно); но при большой скорости движения корабля и при большом количестве тёмной материи в пространстве это вполне может служить неисчерпаемым источником энергии для его двигателей.
А значит, кораблю не придётся брать с собой топливо с Земли. Всё, что ему нужно, он будет «черпать» по пути. В грамотно построенном двигателе захваченная тёмная материя начнёт аннигилировать сама с собой под управлением человека, а полученная таким образом энергия позволит лететь в любом желаемом направлении со скоростью, близкой к скорости света. Системы Альфа Центавра звездолёт на тёмной материи достиг бы, даже с учётом времени на торможение, за какие-нибудь пять-шесть лет. А до звезды Тау Кита, у которой обнаружены по крайней мере две землеподобные планеты, он смог бы добраться всего за 15 лет. Согласитесь, это уже реальные, вполне сопоставимые с человеческой жизнью сроки.
И все эти технологии теоретически осуществимы. Практической же их реализации, как считает Этан Сигель, препятствует… отсутствие настоящей космической угрозы. Если бы Земле в ближайшем будущем (скажем, в последующие 300 лет) грозила реальная опасность типа падения Луны, работа над созданием звездолётов всех описанных выше типов неимоверно ускорилась бы. Перед лицом неминуемой опасности, угрожающей всей планете, правительства всех стран смогли бы договориться о совместных действиях. Триллионы долларов, затрачиваемые сейчас на вооружение, пошли бы на финансирование космических проектов, что непременно дало бы эффективные результаты.
Конечно, лучше обойтись без подобной космической угрозы. Ведь свободное звездоплавание и путешествия к иным мирам — давнишняя мечта человечества. Какие бы внутренние проблемы ни нависали над Землёй, человек по-прежнему обращает взор к ночному небу.
Кто знает, может, и без глобальной угрозы всей планете найдутся средства для строительства космических кораблей «дальнего плавания», которые сейчас существуют лишь в чертежах и проектах… но ведь существуют же! И тогда если не наши дети и внуки, то хотя бы внуки наших детей смогут полететь к звёздам.

Журнал: Тайны 20-го века №41, октябрь 2020 года
Рубрика: Глобальные проекты
Автор: Ольга Строгова

Метки: Тайны 20 века, космос, полёт, двигатель, скорость, движение, Сигел



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру; 2010 —