Солнечная система уже давно не представляет особого интереса для фантастов. Но, что удивительно, и у некоторых ученых наши «родные» планеты не вызывают особого вдохновения, хотя они еще практически не исследованы. Едва прорубив окно в космос, человечество рвется в неведомые дали, причем уже не только в мечтах, как раньше.

Еще Сергей Королев обещал в скором вре­мени полеты в кос­мос «по профсоюз­ной путевке», но этой фразе уже полвека, а космическая одиссея по-прежнему удел избранных - слишком доро­гое удовольствие. Однако же два года назад HACA запус­тило грандиозный проект 100 Year Starship, который пред­полагает поэтапное и мно­голетнее создание научного и технического фундамента для космических полетов. Эта беспрецедентная программа должна привлечь ученых, ин­женеров и энтузиастов со все­го мира. Если все увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный ко­рабль, а по Солнечной систе­ме мы будем перемещаться, как на трамваях.

Так какие же проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью?

Время и скорость относительны

Звездоплавание автома­тических аппаратов кажет­ся некоторым ученым почти решенной задачей, как это ни странно. И это при том, что совершенно нет никако­го смысла запускать автома­ты к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным (для таких не­ведомых дорог) оснащением.

Сейчас за пределы Сол­нечной системы ушли аме­риканские космические аппараты «Пионер-10» и «Во- яджер-1», связи с ними уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случит­ся, он достигнет окрестностей этой звезды... через 2 милли­она лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.

Итак, независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Впрочем, это поможет решить проблему полета только к самым близ­ким звездам.

«Даже если бы мы умудри­лись построить звездный ко­рабль, который сможет летать со скоростью, близкой к ско­рости света, - писал К. Феок­тистов, - время путешествий только по нашей Галактике бу­дет исчисляться, тысячелетия­ми и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше».

Согласно теории отно­сительности, ход времени в двух движущихся одна относительно другой системах различен. Так как на больших расстояниях корабль успеет развить скорость очень близ­кую к скорости света, разница во времени на Земле и на корабле будет особенно велика.

Предполагается, что пер­вой целью межзвездных по­летов станет альфа Центавра (система из трех звезд) - на­иболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Зем­ле за это время пройдет лет десять. Но чем больше рас­стояние, тем сильней разница во времени.

Помните знаменитую «Ту­манность Андромеды» Ивана Ефремова? Там полет изме­ряется годами, причем зем­ными. Красивая сказка, ни­чего не скажешь. Однако эта вожделенная туманность (точ­нее, галактика Андромеды) на­ходится от нас на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.

По некоторым расчетам, путешествие займет у кос­монавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле-то пройдет целая эра. Как встретят космических неандертальцев» их далекие потомки? Да и будет ли жива Земля вообще? То есть возвращение в принципе бес­смысленно. Впрочем, как и сам полет: надо помнить, что мы видим галактику туман­ность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад - столько идет до нас ее свет. Какой смысл лететь к неиз­вестной цели, которой, может, уже давно и не существует, во всяком случае, в прежнем виде и на старом месте?

Значит, даже полеты со скоростью света обоснованны только до относительно близ­ких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории, ко­торая напоминает фантасти­ку, правда, научную.

Корабль размером с планету

Естественно, в первую очередь ученым пришла мысль использовать в двига­теле корабля наиболее эф­фективную термоядерную реакцию - как уже частично освоенную (в военных целях). Однако для путешествия в оба конца со скоростью, близкой к световой, даже при идеальной конструкции системы, тре­буется отношение начальной массы к конечной не менее чем 10 в тридцатой степени. То есть звездолет будет походить на огромный состав с топли­вом величиной с маленькую планету. Запустить такую ма­хину в космос с Земли невоз­можно. Да и собрать на орби­те - тоже, недаром ученые не обсуждают этот вариант.

Весьма популярна идея фотонного двигателя, исполь­зующего принцип аннигиля­ции материи.

Аннигиляция - это пре­вращение частицы и анти­частицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. На­иболее изучена аннигиляция электрона и позитрона, по­рождающая фотоны, энергия которых и будет двигать звез­долет. Расчеты американских физиков Ронана Кина и Веймин Чжана показывают, что на основе современных тех­нологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать косми­ческий корабль до 70% от ско­рости света.

Однако дальше начинают­ся сплошные проблемы. К со­жалению, применить антиве­щество в качестве ракетного топлива очень непросто. Во время аннигиляции проис­ходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, губитель­ного для космонавтов. Кроме того, контакт позитронного топлива с кораблем чреват фатальным взрывом. Нако­нец, пока еще нет технологии для получения достаточного количества антивещества и его длительного хранения: на­пример, атом антиводорода «живет» сейчас менее 20 ми­нут, а производство милли­грамма позитронов обходится в 25 миллионов долларов.

Но, предположим, со вре­менем эти проблемы удастся разрешить. Однако топлива все равно понадобится очень- очень много, и стартовая мас­са фотонного звездолета бу­дет сравнима с массой Луны (по оценке Константина Феок­тистова).

Порвали парус!

Наиболее популярным и реалистичным звездолетом на сегодняшний день считает­ся солнечный парусник, идея которого принадлежит совет­скому ученому Фридриху Цандеру.

Солнечный (световой, фо­тонный) парус - это приспо­собление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического ап­парата.

В 1985 году американским физиком Робертом Форвар­дом была предложена конс­трукция межзвездного зонда, разгоняемого энергией мик­роволнового излучения. Про­ектом предусматривалось, что зонд достигнет ближай­ших звезд за 21 год.

На XXXVI Международном астрономическом конгрессе был предложен проект ла­зерного звездолета, движе­ние которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчетам, путь звездолета этой конструкции до звезды эпси­лон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.

Однако за пределами Солнечной системы давление солнечного света приблизит­ся к нулю. Поэтому существу­ет проект разгона солнечного парусника лазерными уста­новками с какого-нибудь ас­тероида.

Все это пока теория, однако, первые шаги уже дела­ются.

В 1993 году на российском корабле «Прогресс М-15» в рамках проекта «Знамя-2» был впервые развернут сол­нечный парус 20-метровой ширины. При стыковке «Про­гресса» со станцией «Мир» ее экипаж установил на борту «Прогресса» агрегат развер­тывания отражателя. В итоге отражатель создал яркое пят­но 5 км в ширину, которое про­шло через Европу в Россию со скоростью 8 км/с. Пятно света имело светимость, примерно эквивалентную полной Луне.

Итак, преимущество сол­нечного парусника - от­сутствие топлива на борту, недостатки - уязвимость конструкции паруса: по сути, это тонкая фольга, натянутая на каркас. Где гарантия, что по дороге парус не получит про­боин от космических частиц?

Парусный вариант может подойти для запуска автома­тических зондов, станций и грузовых кораблей, но непри­годен для пилотируемых по­летов с возвратом.

Существуют и другие про­екты звездолетов, однако они, так или иначе, напоми­нают вышеперечисленные (с такими же масштабными про­блемами).

Сюрпризы в межзвездном пространстве

Думается, путешествен­ников во Вселенной поджи­дает множество сюрпризов. К примеру, едва высунувшись за переделы Солнечной сис­темы, американский аппарат «Пионер-10» начал испыты­вать силу неизвестного про­исхождения, вызывающую слабое торможение. Выска­зывалось много предположе­ний, вплоть до о неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Однозначного объяснения этому феномену до сих пор нет, рассматрива­ются самые различные гипо­тезы: от простых технических (например, реактивная сила от утечки газа в аппарате) до введения новых физических законов.

Другой аппарат, «Вояджер-1», зафиксировал на границе Солнечной системы область с сильным магнитным полем. В нем давление за­ряженных частиц со стороны межзвездного пространства заставляет поле, создавае­мое Солнцем, уплотняться. Также аппарат зарегистриро­вал рост количества высоко­энергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную сис­тему из межзвездного про­странства резкии рост уровня га­лактических космических лучей - высокоэнергети­ческих заряженных частиц межзвездного происхожде­ния.

И это только капля в море! Впрочем, и того, что сегод­ня известно о межзвездном океане, достаточно, чтобы поставить под сомнение саму возможность бороздить про­сторы Вселенной.

Пространство между звез­дами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, частицы. При попытке движения со скоростью, близкой к скоро­сти света, каждый столкнув­шийся с кораблем атом будет подобен частице космических лучей большой энергии. Уро­вень жесткой радиации при такой бомбардировке недо­пустимо повысится даже при полетах к ближайшим звез­дам.

А механическое воздей­ствие частиц при таких ско­ростях уподобится разрыв­ным пулям. По некоторым расчетам, каждый сантиметр защитного экрана звездоле­та будет непрерывно обстре­ливаться с частотой 12 вы­стрелов в минуту. Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на про­тяжении нескольких лет полета. Или должен будет иметь неприемлемую толщи­ну (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн). Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны, тем паче, что по дороге можно нарваться не толь­ко на пыль, но и на что-то покрупнее, или попасть в ловушку неизвестного гра­витационного поля. И тогда гибель опять-таки неминуема.

Таким образом, если и удаст­ся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не доле­тит - слишком много пре­пятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осущест­вляться лишь с существенно меньшими скоростями. Но тогда фактор времени делает эти полеты бессмысленными.

Получается, что решить проблему транспортировки материальных тел на галакти­ческие расстояния со скоро­стями, близкими к скорости света, нельзя. Бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механи­ческой конструкции.

Кротовая нора

Фантасты, стараясь по­бороть неумолимое время, сочинили, как «прогрызать дырки» в пространстве (и вре­мени) и «сворачивать» его. Придумали разнообразные гиперпространственные скач­ки от одной точки простран­ства до другой, минуя промежуточные области. Теперь к фантастам присоединились ученые.

Физики принялись искать экстремальные состояния ма­терии и экзотические лазей­ки во Вселенной, где можно передвигаться со сверхсве­товой скоростью вопреки те­ории относительности Эйн­штейна.

Так появилась идея кро­товой норы. Эта нора осу­ществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю, соединяющему два города, разделенные высокой го­рой. К сожалению, кротовые норы возможны только в аб­солютном вакууме. В нашей Вселенной эти норки крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как туда попадет косми­ческий корабль.

Однако для создания ста­бильных кротовых нор можно использовать эффект, открытый голландцем Хендриком Кази­миром. Он заключается во вза­имном притяжении проводящих незаряженных тел под дейс­твием квантовых колебаний в вакууме. Оказывается, вакуум не совсем пуст, в нем происхо­дят колебания гравитационно­го поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы и микроскопические кротовые норы.

Остается только обнару­жить одну из нор и растянуть ее, поместив между двумя сверх­проводящими шарами. Одно устье кротовой норы останется на Земле, другое космический корабль с околосветовой ско­ростью переместит к звезде - конечному объекту. То есть звездолет будет как бы проби­вать тоннель. По достижении звездолетом пункта назначения кротовая нора откроется для реальных молниеносных меж­звездных путешествий, про­должительность которых будет исчисляться минутами.

Пузырь искривления

Сродни теории кротовых нор пузырь искривления. В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты соглас­но уравнениям Эйнштей­на и нашел теоретическую возможность волновой де­формации пространствен­ного континуума. При этом пространство будет сжи­маться перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помеща­ется в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью.

Гениальность идеи состоит в том, что космический ко­рабль покоится в пузыре ис­кривления, и законы теории относительности не нару­шаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время. Несмотря на невозможность переме­щаться быстрее света, ничто не препятствует перемеще­нию пространства или рас­пространению деформации пространства-времени быс­трее света, что, как пола­гают, и происходило сразу после Большого взрыва при образовании Вселенной.

Все эти идеи пока не укладываются в рамки современ­ной науки, однако в 2012 го­ду представители НАСА заявили о подготовке экспе­риментальной проверки те­ории доктора Алькубьерре. Как знать, может, и теория относительности Эйнштей­на когда-нибудь станет частью новой глобальной теории. Ведь процесс поз­нания бесконечен. А значит, однажды мы сможем про­рваться чрез тернии к звез­дам.

Источник