Главная Обратная связь У вибране

Світ непізнаного - Onua.org

Onua.org - це сайт створений з метою ознайомлення користувача з світом непізнаного, новинами технологій, космічних відкриттів і загадок нашої планети Земля, НЛО, Відео , Фото, Очевидці, Загадки історії і стародавніх цивілізацій.
onua.org » Гіпотези » Фізика неможливого - Зорельоти
Дізнатися більше про 2012 рік
Місія Curiosity
Discovery Channel
Discovery World
Discovery Science
Animal Planet
Nat Geo WILD
National Geographic Channel
Viasat History
Viasat Explorer
Календар новин

Приєднуйтесь

Популярне на Onua.org
Фото
?=t('Новости аномалий и неопознанных явлений')?>
Дізнатися більше про планету Нібіру
Переглядів: 5301
Физика невозможного - ЗвездолетыОдного разу в далекому майбутньому настане наш останній спокійний день на Землі. Коли-небудь, через мільярди років, небо спалахне вогнем. Сонце вспухнет полум'яним кулею, бурхливий пекло заповнить небеса. Температура на Землі різко підскочить, океани вскипят і випаруються, залишивши після себе обвуглену суху пустелю. Гори поступово розплавляться і потечуть потоками лави по тих місцях, де колись стояли повні життя міста.

Закони природи говорять нам, що цей похмурий сценарій - наше неминуче майбутнє. Коли-небудь Земля загине в полум'ї і буде поглинена Сонцем. Це закон природи.

Катастрофа відбудеться протягом найближчих 5 млрд років. У цьому космічному масштабі розквіт і падіння людських цивілізацій здається крихітною брижами на поверхні океану часу. Коли-небудь ми повинні будемо покинути Землю або померти. І коли умови на Землі стануть нестерпними, людству, нашим нащадкам, доведеться щось робити. Що?

Філософ і Математик Бертран Рассел якось поскаржився, «що ні вогонь, ні героїзм, ні сила думки або почуття не можуть зберегти життя після могили; що всі праці століть, вся відданість, все натхнення, вся полуденна яскравість людського генія приречені на загибель в гігантському пожежі Сонячної системи; і весь храм досягнень Людини з неминучістю буде похований під руїнами Всесвіту...».

Для мене його слова - одне з найбільш отрезвляющих висловлювань. Але Расселл писав у ті часи, коли ракетні кораблі вважалися неможливими. Сьогодні перспектива коли-небудь покинути Землю вже не здається настільки фантастичною. Карл Саган якось зауважив, що нам слід було б стати «двупланетным виглядом». Життя на Землі настільки дорогоцінна, сказав він, що її слід було б поширити принаймні ще на одну планету - на випадок катастрофи. Земля рухається в «космічному тире», повному астероїдів, комет та інших уламків, дрейфуючих недалеко від її орбіти. Зіткнення з будь-яким з них може призвести до загибелі людства.
Прийдешні катастрофи

Поет Роберт Фрост задавався питанням: яким чином загине Земля, полум'я або по льоду? Ми, знаючи закони природи, можемо впевнено припустити, яким буде кінець світу у разі природної катастрофи.

Якщо говорити про тисячоліттях, то однією з небезпек, що загрожують нашій цивілізації, є настання нового льодовикового періоду. Останній такий період закінчився 10 000 років тому. Ще через 10-20 тис. років, коли прийде наступний, більша частина Північної Америки може опинитися під кілометровим шаром льоду. Розквіт людської цивілізації припадає на нинішній недовгий інтергляціалі, коли клімат на Землі стоїть надзвичайно теплий, але така ситуація не може тривати вічно.

Якщо говорити про мільйони років, то катастрофічний ефект може принести зіткнення з Землею якого-небудь великого метеорита або комети. Останнє подібне зіткнення мало місце 65 млн років тому, коли на півострів Юкатан в Мексиці обрушився об'єкт приблизно Юкмвпоперечнике. На місці падіння виникла кратер діаметром близько 300 км. Результатом його стало вимирання динозаврів - домінувала в той час на Землі форми життя. У цьому масштабі часу ще одне космічне зіткнення видається цілком вірогідним.

Через кілька мільярдів років Сонце, поступово розширюючись, поглине Землю. Більш того, за нашими оцінками, за найближчий мільярд років Сонце розігріється приблизно на 10% і спалить Землю. Через 5 млрд років Сонце перетвориться на червоний гігант і в процесі цієї еволюції повністю поглине нашу планету. Земля опиниться всередині атмосфери зірки.

Через 10 млрд років загинуть і Сонце, і галактика Чумацький Шлях. Наше Сонце, вичерпавши нарешті запаси воднево-гелиевого палива, стиснеться і перетвориться в крихітний білий карлик; зірка поступово охолоне, і з часом від неї в космічній порожнечі залишиться тільки чорний ком ядерного шлаку. Галактика Чумацький Шлях зіткнеться з іншим, набагато більш великої, галактикою - Туманністю Андромеди. Спіральні рукави Чумацького Шляху будуть відірвані, і наше Сонце, цілком можливо, буде вышвырнуто в порожнечу космосу. Чорні діри в центрах обох галактик, станцювавши танець смерті, зрештою зіткнуться і зіллються воєдино.

Отже, встановлено, що людство коли-небудь покинути Сонячну систему і переселитися до сусідніх зірок або загинути. Залишається питання: як туди потрапити? До найближчої до нас зірки, Альфи Центавра, більше 4 св. років. Традиційні ракети з хімічними реактивними двигунами, робочі конячки нинішньої космічної програми, з працею розвивають швидкість до 18 км/с. З цією швидкістю летіти до найближчої зірки довелося б 70 000 років.

Аналізуючи космічну програму, не можна не відзначити, що між нашими сьогоднішніми можливостями і характеристиками цього зорельота, який дозволив би нам почати дослідження Всесвіту, існує величезна прірва. Після того як на початку 1970-х рр. закінчилося дослідження Місяця, наша пілотована програма передбачала роботу астронавтів на орбітах не вище 500-600 км на шатлах і Міжнародної космічної станції. Проте в 2010 р. NASA планує припинити польоти шатлів і створити замість них космічний корабель «Оріон»; цей же корабель повинен буде до 2020 р. знову - після півстолітньої перерви - доставити астронавтів на Місяць. Планується організувати на Місяці постійну населену базу. Після цього, можливо, буде відправлена пілотована експедиція на Марс.

Очевидно, якщо ми хочемо коли-небудь дістатися до зірок, нам потрібні ракети зовсім іншого типу. Необхідно радикально збільшити або потяг наших двигунів, або час їх роботи. Наприклад, велика ракета з хімічними двигунами може володіти тягою в кілька тисяч тонн, але працювати вона буде всього кілька хвилин. І навпаки, ракета з двигуном іншого типу, наприклад іонним (він буде описаний трохи нижче), хоча і має невеликий тягою, зате працювати у відкритому космосі здатна роками. Там, де мова йде про ракети, черепаха завжди обжене зайця.
Іонні і плазмові двигуни

На відміну від хімічних реактивних двигунів, іонні не виробляють раптового і дуже ефектного викиду розпечених газів, які, власне, і штовхають традиційні ракети. Їх тяга зазвичай вимірюється не в тоннах, а в грамах. Якщо такий двигун на Землі покласти на стіл, у нього не вистачить сил зрушити з місця. Але все, що ці двигуни недобирають в тязі, вони більш ніж компенсують тривалістю роботи; в вакуумі відкритого космосу вони здатні працювати роками[25].

Типовий іонний двигун нагадує нутрощі телевізійної трубки - кінескопа. Електричний струм розігріває нитка, яка, в свою чергу, створює потік іонізованих атомів, наприклад, ксенону, які потім викидаються через сопло. Замість струменя розпеченого, вибухового газу іонний двигун викидає слабкий, але постійний потік іонів.

У 1998 р. NASA провело успішний запуск зонда «Діп Спейс-1» з іонним двигуном NSTAR на борту; цей двигун пропрацював в цілому 678 доби, встановивши тим самим новий рекорд. Європейське космічне агентство також провело випробування іонного двигуна на борту місячного апарату SMART-1. На японському космічному зонд «Хаябуса», який зблизився з астероїдом, здійснив посадку на нього і забір ґрунту, працювали чотири ксенонових іонних двигуна. Взагалі, іонний двигун за характеристиками виглядає не блискуче, але здатний обслуговувати далекі (і не дуже нагальні) експедиції до інших планет. Можливо, коли-небудь іонний двигун стане невибагливою робочою конячкою міжпланетного транспорту.

Плазмовий двигун являє собою більш потужну версію іонного. В якості прикладу такого двигуна можна назвати VASIMR (variable specific impulse magnetoplasma rocket - магнитоплазменная ракета з перемінним питомим імпульсом); для розгону в космосі в ньому використовується потужний потік плазми. Цей двигун розроблений астронавтом і інженером Франкліном Чанг-Діасом. Водень у ньому розігрівається до температури у декілька мільйонів градусів за допомогою радіохвиль і магнітних полів. Дуже гаряча плазма потім викидається через сопло ракети, розвиваючи при цьому значну тягу. На Землі прототипи таких двигунів вже створені і випробувані, але в космос жоден з них ще не літав. Деякі інженери сподіваються, що плазмовий двигун можна буде використовувати при створенні корабля для експедиції на Марс; це дозволило б істотно, до декількох місяців, скоротити час у дорозі. Деякі розробки пропонують використовувати для розігрівання плазми в двигуні сонячну енергію. Інші припускають використовувати енергію ядерного розпаду (при цьому, природно, виникають додаткові проблеми безпеки - адже доведеться відправляти в космос велика кількість ядерних матеріалів, а космічні апарати схильні до всіляких випадковостей).

Але ні в іонного, ні в плазмового двигуна не вистачить сил, щоб доставити нас до зірок. Для цього потрібні реактивні двигуни, засновані на абсолютно інших принципах. Одна з серйозних проблем при розробці зорельота - це жахливе кількість палива, необхідне для подорожі навіть до найближчої зірки, і великий проміжок часу, який буде потрібно на це подорож.
Сонячні вітрила

Сонячний парус - ідея, яка могла б вирішити багато проблемы. В основі її лежить той факт, що сонячне світло має дуже невелике, але постійне тиск, достатній для того, щоб нести крізь простір величезний парус. Ідея сонячного вітрила не нова, вона належить великому астроному Йоганну Кеплеру і вперше викладена в його трактаті «Сон» 1611 р.

Ідея базується на досить простих законах, але розробка реального сонячного вітрила, який можна було б запустити у космос, йшла повільно і ніби ривками. У 2004 р. японська ракета успішно доставила в космос два невеликих експериментальних сонячних вітрила. У 2005 р. Планетарне товариство, компанія «Космос Студіос» і Російська академія наук запустили з підводного човна в Баренцевому морі космічний парус «Космос-1»; до нещастя, ракета «Хвиля», на якій він знаходився, дала збій і апарат не вийшов на орбіту. (Попередня спроба запустити суборбітальний парус в 2001 р. також зазнала невдачі.) У лютому 2006 р. японська ракета M-V успішно вивела на орбіту п'ятнадцятиметровий вітрило, але розкрився він не повністю[26].

Дослідження й експерименти у галузі створення сонячного вітрила просуваються жахливо повільно, але його прихильники вже запропонували нову ідею, яка могла б наблизити людину до зірок. Пропонується побудувати на Місяці величезну батарею лазерів, які пускали б потужні промені у сонячне вітрило; це дозволило б йому долетіти до найближчої зірки. Параметри міжзоряного сонячного вітрила просто лякають. Сам парус повинен становити кілька сотень кілометрів у поперечнику, а споруджувати його потрібно неодмінно і повністю у відкритому космосі. На Місяці довелося б побудувати тисячі потужних лазерів, здатних працювати роками і навіть десятиліттями. (За однією з оцінок, кожен з таких лазерів має в тисячу разів перевершувати по потужності випромінювання всю сьогоднішню планету Земля.)

Теоретично гігантський сонячний парус може розвинути швидкість до половини швидкості світла. Кораблю з таким вітрилом на дорогу до найближчих зірок знадобилося б усього близько восьми років. Рушій на цьому принципі хороший ще й тим, що всі його принципи вже відомі. Для його створення не потрібно відкривати нових фізичних законів. Зате в повний зріст постають інші проблеми - і економічні, і технічні. Спорудження вітрила поперечником у кілька сотень кілометрів, а також будівництво на Місяці тисяч потужних лазерів являють собою дуже серйозну інженерну проблему - і необхідні для реалізації проекту технології з'являться, можливо, ще не скоро. (Головна проблема міжзоряного сонячного вітрила - повернення назад. Щоб привести корабель назад до Землі, доведеться будувати на місяці у зірки-цілі другу батарею лазерів. Або зробити біля цієї зірки стрімке гравітаційний маневр, який допоможе набрати швидкість для зворотного шляху. Тоді лазери на Місяці можна буде використовувати для гальмування вітрила, щоб корабель міг спокійно сісти на Землю.)
Прямоточний двигун термоядерний

Особисто мені найбільш перспективним рушієм для подорожі до зірок представляється прямоточний термоядерний двигун. У Всесвіті більше ніж достатньо водню, так що корабель з таким двигуном міг би збирати водень - тобто паливо - по дорозі, в процесі руху у відкритому космосі. По суті, у такого двигуна був би невичерпний і завжди доступний джерело палива. Зібраний водень потім нагрівався б до декількох мільйонів градусів - достатньо для термоядерного синтезу - і высвобождал енергію.

Принцип прямоточного ядерного двигуна запропонував в 1960 р. фізик Роберт Буссард; пізніше його популяризацією займався і Карл Саган. Буссард розрахував, що прямоточний термоядерний двигун вагою близько 1000 т міг би теоретично підтримувати постійне прискорення, рівне 1 g, тобто порівнянна з дією земної сили тяжіння. Уявімо, що таке прискорення підтримується протягом року. За цей час корабель розженеться до 77% швидкості світла; цього вже цілком достатньо, щоб серйозно розглядати перспективи міжзоряних подорожей.

Характеристики прямоточного ядерного двигуна неважко обчислити. По-перше, нам відома середня щільність газоподібного водню по всій всесвіту. Крім того, ми можемо обчислити, скільки приблизно водню треба спалити, щоб досягти прискорення 1G. Цей розрахунок, у свою чергу, визначає наскільки великою має бути "воронка" для збору водню. З допомогою деяких припущень можна показати, що нам знадобилася б воронка діаметром близько 160 кілометрів. Хоча створити воронку такого розміру було б непомірно важко на Землі, в космічному просторі це було б простіше завдяки невагомості.

В принципі, прямоточний двигун може просунутися на невизначений відстань, в кінцевому рахунку досягаючи далеких зоряних систем галактики. Так як по Ейнштейну всередині ракети час сповільнюється, можна було б подолати астрономічні відстані не вдаючись до анабіозу. Після досягнення прискорення 1G, протягом одинадцяти років (згідно з годинником всередині зорельота) космічний апарат досягне зоряного скупчення Плеяди, що знаходиться в 400 світлових роках від Землі. Через двадцять три роки він досягне галактики Андромеди, яка знаходиться у 2 мільйони світлових років від Землі. В теорії, космічний апарат зможе досягти межі видимої всесвіту протягом життя членів екіпажу (хоча на Землі за цей час ймовірно пройдуть мільярди років).

Однією з ключових проблем є власне реакція синтезу. Реактор синтезу ITER, який планується побудувати на півдні Франції, об'єднує два рідкісних ізотопів водню (дейтерій і тритій) з метою отримання енергії. У космічному просторі, однак, найбільш розповсюджена форма водню (протій) складається з одного протона оточеного електроном. Тому прямоточний двигун синтезу повинен використовувати протон-протонні реакції синтезу. Хоча процес синтезу з участю дейтерію/тритію вивчався протягом десятиліть, протон-протонний синтез набагато менш вивчений. Його значно важче досягти і він дає набагато менше енергії. Так що освоєння протон-протонних реакцій буде залишатися технічної завданням у найближчі десятиліття. (Крім того, деякі фахівці висловлюють сумніви щодо того, чи зможе прямоточний двигун подолати ефекти опору середовища у міру наближення до швидкості світла)

Поки физичиские та економічні аспекти протон-протонного синтезу не розроблені, важко давати точні оцінки щодо можливостей прямоточних двигунів. Але цей тип двигунів знаходиться в числі перспективних кандидатів на місію польоту до зірок.
Ядерний электрореактивный двигетель

У 1956 році Комісія з атомної енергетики США (AEC) почала серйозно розглядати ядерні ракети в рамках проекту Rover. В теорії, ядерний реактор повинен використовуватися для розігріву газів (напр. водню) до екстремально високих температур. Потім ці гази будуть викидатися з сопла ракети, створюючи тягу.

Через небезпеку вибуху і попадання в атмосферу Землі токсичного ядерного палива, ранні версії ядерних ракетних двигунів розміщували горизонтально на залізничних коліях, де ретельно перевіряли їх працездатність. Першим ядерним ракетним двигуном, створеним для тестування в рамках проекту Rover в 1959 році, був Ківі 1 (влучно названий на честь австралійської нелетающей птиці). У 1960-х роках NASA разом з AEC створили ядерний двигун для ракетних транспортних засобів (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications, NERVA), який став першою ядерною ракетою, яку випробували у вертикальному, а не в горизонтальному положенні. У 1968 р. він був запущений на стенді соплом догори.

Результати цих досліджень виявилися досить суперечливими. Ракети виходили надзвичайно складними, і випробування часто закінчувалися невдачею. В ядерному двигуні виникали дуже сильні вібрації, оболонки тепловиділяючих збірок лопалися, і ракета розвалилася. Інший постійною проблемою була корозія через горіння водню при високій температурі. Зрештою в 1972 р. ядерна ракетна програма була закрита.

(У цих атомних ракет була і ще одна проблема: небезпека початку мимовільної ядерної реакції, що було б еквівалентно вибуху невеликий атомної бомби. На атомних електростанціях сьогодні ядерне паливо присутній у невеликій концентрації, і вони не можуть вибухнути подібно хиросимською бомбу. А ось ядерні ракетні двигуни для отримання максимальної тяги працювали на високозбагаченому урані, і тому в них могла в принципі виникнути ланцюгова реакція і, відповідно, атомний вибух. Перед самим закриттям програми вчені вирішили провести ще одне, останнє випробування - спробувати підірвати ракету як атомну бомбу. Вони видалили з реактора всі керуючі стрижні, які допомагають утримувати реакцію під контролем. Реактор слухняно перейшов у сверхкритичное стан і вибухнув шаленим вогненною кулею. Цей вражаючий край програми з розробки ядерних ракетних двигунів навіть зняли на плівку. Росіяни були незадоволені. Вони визнали цю витівку порушенням Договору про часткову заборону ядерних випробувань, згідно з яким всі вибухи атомних бомб, за винятком підземних, перебували під забороною.)

Час від часу військові повертаються до ідеї ядерної ракети. Один з секретних проектів такого роду називався «Тимбервинд» і був у 1980-х рр. частиною військової програми «зоряних воєн». (Від нього відмовилися після того, як Федерація американських вчених опублікувала інформацію про його існування.)

Головна проблема ядерних ракетних двигунів - безпека. Навіть тепер, через півстоліття після початку космічної ери, запуски ракет на хімічному паливі іноді (приблизно в 1% випадків) закінчуються катастрофічно. (Загибель космічних човників «Челленджер» і «Колумбія», на яких знайшли свою смерть 14 астронавтів, також підтверджує цю статистку аварій.)<br />
Тим не менше кілька років тому NASA відновило дослідження з ядерної ракеті - вперше після програми NERVA 1960-х. У 2003 р. NASA охрестило свій новий проект «Прометеєм» на честь грецького бога, який дав людству вогонь. У 2005 р. на програму «Прометей» було виділено 430 млн дол., але вже в 2006 р. фінансування було урізано до 100 млн дол. Зараз майбутнє цього проекту неясно[27].
Імпульсний ядерний двигун

Ще одна теоретична можливість - використовувати у якості рушія серію ядерні міні-бомби. Приміром, проект «Оріон» передбачав послідовне викидання невеликих термоядерних бомб позаду корабля, щоб він міг «осідлати» ударну хвилю від їх вибухів. Теоретично така система може розігнати космічний корабель до швидкості, близької до швидкості світла. Ідею такого корабля вперше висловив в 1947 р. Станіслав Улам, який брав участь у розробці перших водневих бомб; пізніше її розвинули Тед Тейлор, один з головних розробників ядерних боєголовок для американських військових, і фізик Фрімен Дайсон з Інституту перспективних досліджень у Прінстоні.

В кінці 1950-х і 1960-х рр. були проведені ретельні розрахунки для міжзоряного корабля, заснованого на цьому принципі. Згідно з отриманими оцінками, він міг би за рік злітати до Плутона і назад, досягнувши швидкості в 10% швидкості світла[28]. Але навіть на такій швидкості до найближчої зірки довелося б летіти 44 роки. Вчені розглядали варіанти, коли космічний ковчег з таким рушієм летів би в космосі кілька століть; у екіпажі змінювалися б покоління, і багатьом довелося б прожити все життя в цьому рухомому світі, щоб їх нащадки могли дістатися до сусідніх зірок.

У 1959 р. компанія General Atomics випустила доповідь, в якому провела оцінку розмірів корабля типу «Оріон». Найбільший варіант, названий у доповіді «супер-Оріоном», повинен був важити 8 млн т, мати діаметр 400 м і рухатися на ударній хвилі від більш ніж тисячі водневих бомб.

Головна проблема, пов'язана з цим проектом, - можливість зараження району старту ядерними опадами. За оцінкою Дайсона, ядерні опади від кожного запуску можуть викликати смертельну форму раку у десяти людей. Крім того, електромагнітний імпульс від вибуху так великий, що неодмінно викликало б чимало коротких замикань у розташованих неподалік електричних системах.

Підписання в 1963 р. Договору про часткову заборону ядерних випробувань стало похоронним дзвоном по цьому проекту. Згодом здався навіть головний його прихильник, розробник ядерних бомб Тед Тейлор. (Він якось зізнався мені, що остаточно розчарувався в проекті, коли зрозумів, що технічними напрацюваннями такого проекту можуть скористатися терористи для створення портативних атомних бомб.

Проект був закритий як занадто небезпечний, але її ім'я продовжує жити в назві космічного корабля «Оріон», яким NASA планує в 2015 р. замінити космічні човники.)

У 1973-1978 рр. концепція зорельота з ядерним рушієм ненадовго відродилася в проекті «Дедал» Британського міжпланетного товариства. Проект представляв собою попереднє дослідження можливості побудови безпілотного корабля, здатного досягти зірки Барнарда - її відокремлює від Землі на відстань в 5,9 св. року. (Зірка Барнарда була обрана в якості мети тому, що передбачалася наявність біля неї планети. З тих пір астрономи Джил Тартер і Маргарет Тернбулл склали список з 17129 не надто далеких зірок, біля яких можуть виявитися придатні для життя планети. Найбільш багатообіцяючий кандидат - епсилон Індіанця А - знаходиться від нас на відстані 11,8 св. року.)

Ракетний корабель проекту «Дедал» виявився таким величезним, що будувати його довелося б у відкритому космосі. Вона повинна була важити 54 000 т (майже весь вага - ракетне паливо) і могла розігнатися до 7,1% швидкості світла, несучи на собі корисне навантаження вагою 450 т. На відміну від проекту «Оріон», розрахованого на використання крихітних атомних бомб, проект «Дедал» передбачав використання мініатюрних водневих бомб з сумішшю дейтерію і гелію-3 і системою запалювання за допомогою електронних променів. Але величезні технічні проблеми і побоювання, пов'язані з ядерним рушієм, призвели до того, що проект «Дедал» також був відкладений на невизначений час.
Питома імпульс і ефективність двигуна

Якщо потрібно порівняти ефективність різних типів двигунів, інженери зазвичай говорять про питому імпульсі. Питома імпульс визначається як зміна імпульсу на одиницю маси витраченого палива. Таким чином, чим ефективніше двигун, тим менше палива потрібно для виведення ракети в космос. Імпульс, в свою чергу, є результат дії сили протягом певного часу. Хімічні ракети, хоча і володіють дуже великою тягою, що працюють всього кілька хвилин, а тому характеризуються дуже низьким питомим імпульсом. Іонні двигуни, здатні працювати роками, можуть мати високий питомий імпульс при дуже низькій тязі.

Питома імпульс вимірюється в секундах. Середня ракета з хімічним двигуном може мати питома імпульс до 400-500 с. Так, питома імпульс двигуна шаттла становить 453 с. (найвищий отриманий досі питома імпульс для хімічного реактивного двигуна склав 542 с; в якості палива використовував цей двигун екзотичну суміш водню, літію та фтору.) Іонний двигун апарату SMART-1 мав питома імпульс 1640 с. У ядерних ракетних двигунів цей параметр сягає 850 с.

Максимально можливим питомим імпульсом мала б ракета, здатна досягати швидкості світла. Її питома імпульс склав би близько 30 млн. Нижче наводиться таблиця питомих імпульсів, характерних для різних типів реактивних двигунів.

Тип двигуна (Питома імпульс)

Твердопаливний (250)

Рідинний (450)

Іонний (3000)

Плазмовий VASIMR (1000 - 30000)

Атомний (800 - 1000)

Термоядерний прямоточний (2500 - 200000)

Ядерний імпульсний (10000 - 1000000)

На антиматерії (1000000 - 10000000)

(В принципі, лазерний парус і прямоточний двигун взагалі не несуть з собою запасу палива, а тому питома імпульс не є для них суттєвою характеристикою; тим не менш у цих конструкцій є свої проблеми.)
Космічний ліфт

Одне з серйозних перешкод до реалізації багатьох зоряних проектів полягає в тому, що з-за величезних розмірів і ваги кораблі неможливо побудувати на Землі. Деякі вчені пропонують збирати їх у відкритому космосі, де завдяки невагомості астронавти зможуть легко піднімати і перевертати неймовірно важкі предмети. Але сьогодні критики справедливо вказують на захмарну вартість космічної складання. Приміром, для повної збірки Міжнародної космічної станції потрібно близько 50 запусків шатла, а її вартість з урахуванням цих польотів наближається до 100 млрд дол. Це найдорожчий науковий проект в історії, але будівництво у відкритому космосі міжзоряного космічного вітрильника або корабля з прямоточною лійкою обійшлося б у багато разів дорожче.

Але, як любив говорити письменник-фантаст Роберт Хайнлайн, якщо ви можете піднятися над Землею на 160 км, ви вже на півдорозі до будь-якій точці Сонячної системи. Це тому, що при кожному запуску перші 160 км, коли ракета прагне вирватися з пут земного тяжіння, «з'їдають» левову частку вартості. Після цього корабель, можна сказати, вже в змозі дістатися до Плутона, хоч далі.

Один із способів кардинально скоротити в майбутньому вартість польотів - побудувати космічний ліфт. Ідея залізти на небо по мотузці не нова - взяти хоча б казку «Джек і бобове зернятко»; казка казкою, але якщо вивести кінець мотузки в космос, ідея цілком могла б втілитися в реальність. У цьому випадку відцентрової сили обертання Землі виявилося б досить, щоб нейтралізувати силу тяжіння, і мотузка ніколи не впала б на землю. Вона чарівним чином піднімалася б вертикально вгору і зникала в хмарах.

(Уявіть собі кульку, який ви крутите на мотузочці. Здається, що на кульку діє сила тяжіння; справа в тому, що відцентрова сила штовхає його геть від центру обертання. Точно так само дуже довга мотузка може висіти в повітрі завдяки обертанню Землі.) Тримати мотузку не потрібно, обертання Землі буде досить. Теоретично людина міг би залізти за такою мотузці і піднятися прямо в космос. Іноді ми просимо студентів-фізиків розрахувати натяг такої мотузки. Нескладно показати, що такого натягу не витримає навіть сталевий трос; саме тому довгий час вважалося, що космічний ліфт реалізувати неможливо.

Першим з учених, хто всерйоз зацікавився проблемою космічного ліфта, став російський учений-провидець Костянтин Ціолковський. В 1895 р. під враженням від Ейфелевої вежі він уявив вежу, яка б піднімалася прямо в космічний простір і з'єднувала Землю з ширяє в космосі «зоряним замком». Будувати її передбачалося знизу вгору, починаючи з Землі, звідки інженери повинні були б повільно зводити до небес космічний ліфт.

У 1957 р. російський вчений Юрій Арцутанов запропонував нове рішення: будувати космічний ліфт зворотним порядком, зверху вниз, починаючи з космосу. Автор уявив собі супутник на геостаціонарній орбіті на відстані 36 000 км від Землі - з Землі він при цьому буде здаватися нерухомим; з цього супутника пропонувалося опустити на Землю трос, а потім закріпити його в нижній точці. Проблема в тому, що трос для космічного ліфта повинен був би витримати натяг приблизно 60-100 ГПа. Сталь рветься при натягу приблизно в 2 ГПа, що позбавляє ідею всякого сенсу.

Більш широка аудиторія змогла познайомитися з ідеєю космічного ліфта пізніше; у 1979 р. вийшов роман Артура Кларка «Фонтани раю», а в 1982 р. - роман Роберта Хайнлайна «П'ятниця». Але оскільки прогрес в цьому напрямку застопорився, про неї забули.

Ситуація різко змінилася, коли хіміки винайшли вуглецеві нанотрубки. Інтерес до них різко зріс після публікації в 1991 р. роботи Сумио Иидзимы з компанії Nippon Electric. (Треба сказати, що про існування вуглецевих нано-трубок було відомо ще з 1950-х рр., але довгий час на них не звертали уваги.) Нанотрубки набагато міцніше, але при цьому набагато легше сталевих тросів. Строго кажучи, по міцності вони навіть перевищують рівень, необхідний для космічного ліфта. На думку вчених, волокно з вуглецевих нанотрубок повинне витримувати тиск 120 ГПа, що помітно вище необхідного мінімуму. Після цього відкриття спроби створення космічного ліфта відновилися з новою силою.

Б 1999 р. було опубліковано серйозне дослідження NASA; в ньому розглядалося космічний ліфт у вигляді стрічки шириною приблизно один метр і довжиною близько 47 000 км, здатний доставити на орбіту навколо Землі корисний вантаж вагою близько 15 т. Реалізація подібного проекту миттєво і повністю змінила б економічну сторону космічних подорожей. Вартість доставки вантажів на орбіту разом зменшилася б в 10 000 разів; таку зміну інакше як революційної не назвеш.

В даний час доставка одного фунта вантажу на навколоземну орбіту коштує не менше 10 000 дол. Так, кожен політ шатла обходиться приблизно в 700 млн дол. Космічний ліфт збив б вартість доставки до 1 дол. за фунт. Таке радикальне здешевлення космічної програми могло б повністю змінити наші погляди на космічні подорожі. Простим натисканням кнопки можна було б запустити ліфт і піднятися у відкритий космос за суму, еквівалентну за вартістю, скажімо, квиток на літак.

Але, перш ніж будувати космічний ліфт, на якому можна буде без зусиль піднятися в небо, нам належить подолати дуже серйозні перешкоди. В даний час найдовше волокно з вуглецевих нанотрубок, отриману в лабораторії, по довжині не перевищує 15 мм. Для космічного ліфта знадобляться троси з нанотрубок довжиною в тисячі кілометрів. Звичайно, з наукової точки зору це суто технічна проблема, але вирішити її, а вона може виявитися впертою і складною. Тим не менш багато вчених переконані, що на оволодіння технологією виробництва довгих тросів з вуглецевих нанотрубок нам вистачить кількох десятиліть.

Друга проблема полягає в тому, що з-за мікроскопічних порушень структури вуглецевих нанотрубок отримання довгих тросів може виявитися взагалі проблематичним. За оцінкою Нікола Пуньо з Туринського політехнічного інституту, якщо хоча б один атом у вуглецевої нанотрубке виявиться не на своєму місці, міцність трубки може відразу зменшитися на 30%. В цілому дефекти на атомному рівні можуть позбавити трос з нанотрубок 70% міцності; при цьому допустиме навантаження виявиться нижче того мінімуму гігапаскалів, без яких неможливо побудувати космічний ліфт.

Прагнучи підстьобнути інтерес приватних підприємців до розробки космічного ліфта, NASA оголосило два окремих конкурсу. (За зразок був узятий конкурс Ansari X-Prize з призом в 10 млн дол. Конкурс успішно підігрів інтерес підприємливих інвесторів до створення комерційних ракет, здатних піднімати пасажирів до самої межі космічного простору; оголошену премію отримав у 2004 р. корабель SpaceShipOne.} Конкурси NASA носять назви Beam Power Challenge і Tether Challenge.

Щоб виграти перший з них, команда дослідників повинна створити механічний пристрій, здатний підняти вантаж вагою не менше 25 кг (включаючи власний вагу) вгору по тросу (підвішеного, скажімо, на стрілі крану) зі швидкістю 1 м/с на висоту 50 м. Можливо, завдання здається нескладною, але проблема в тому, що цей пристрій не повинно використовувати паливо, акумулятори або електричний кабель. Замість цього робот-підйомник повинен отримувати живлення від сонячних батарей, сонячних рефлекторів, лазерів або мікрохвильового випромінювання, тобто з тих джерел енергії, якими зручно користуватися в космосі.

Щоб перемогти у конкурсі Tether Challenge, команда повинна представити двометрові шматки троса вагою не більше двох грамів кожен; при цьому такий трос повинен витримувати навантаження на 50% більшу, ніж кращий зразок попереднього року. Мета цього конкурсу-стимулювати дослідження по розробці надлегких матеріалів, досить міцні, щоб їх можна було протягнути на 100 000 км в космос. Переможців чекають премії розміром 150 000,40 000 і 10 000 дол. (Щоб підкреслити складність завдання, у 2005 році - першому році конкурсу - премії не було присуджено нікому.)

Безумовно, що працює космічний ліфт здатний різко змінити космічну програму, але і у нього є свої недоліки. Так, траєкторія руху супутників на навколоземній орбіті постійно зсувається відносно Землі (тому що Земля під ними обертається). Це означає, що з часом будь-який з супутників може зіткнутися з космічним ліфтом на швидкості 8 км/с; цього буде більш ніж достатньо, щоб порвати трос. Для запобігання подібної катастрофи в майбутньому доведеться або передбачати на кожному супутнику невеликі ракети, які дали б йому можливість обійти ліфт, або забезпечити сам трос невеликими ракетами, щоб він міг йти з траєкторії супутників.

Крім того, проблемою можуть стати зіткнення з микрометеоритами - адже космічний ліфт підніметься далеко за межі земної атмосфери, яка в більшості випадків захищає нас від метеорів. Оскільки передбачити такі сутички неможливо, космічний ліфт доведеться забезпечити додатковим захистом і, можливо, навіть відмовостійкими резервними системами. Проблему може представляти собою і такі атмосферні явища, як урагани, приливні хвилі і шторми.
Гравітаційний маневр

Існує ще один спосіб розігнати об'єкт до швидкості, близької до швидкості світла, - скористатися «ефектом пращі». При відправці космічних зондів до інших планет NASA іноді змушує їх здійснити маневр навколо сусідньої планети, щоб, скориставшись «ефектом пращі», додатково розігнати апарат. Так NASA економить цінний ракетне паливо. Саме таким чином апарата «Вояджер-2» вдалося долетіти до Нептуна, орбіта якого лежить біля самого краю Сонячної системи.

Фрімен Дайсон, фізик з Прінстона, висунув цікаву пропозицію. Якщо коли-небудь у далекому майбутньому людству вдасться виявити в космосі дві нейтронні зірки, які обертаються навколо спільного центру з великою швидкістю, земний корабель, пролетівши зовсім поруч з однією з цих зірок, може за рахунок гравітаційного маневру набрати швидкість, рівну чи не третини швидкості світла. У результаті корабель розігнався до близькосвітлових швидкостей за рахунок гравітації. Теоретично таке може статися.

Інші вчені пропонують скористатися для цієї мети нашим власним світилом. Цим методом скористався, наприклад, екіпаж зорельота «Ентерпрайз» у фільмі «Зоряний шлях IV: Подорож додому». Погнавши корабель клінгонов, екіпаж «Ентерпрайза» направив його з близькою до Сонця траєкторії, щоб пробити світловий бар'єр і повернутися назад у часі. У фільмі «Коли стикаються світи» Землі загрожує зіткнення з астероїдами. Щоб втекти з приреченою планети, вчені будують гігантську конструкцію на зразок американських гірок. З'їжджаючи з гірки, ракетний корабель набирає величезну швидкість, потім розворот внизу на малому радіусі - і вперед, в космос.

Тільки насправді жоден з цих способів розігнатися за допомогою гравітації не спрацює. (Закон збереження енергії говорить про те, що візок на американських гірках, розганяючись на узвозі і зупиняючись на підйомі, виявляється нагорі рівно з тією ж швидкістю, що і на самому початку - ніякого збільшення енергії не відбувається. Точно так же, обернувшись навколо нерухомого Сонця, ми закінчимо рівно з тією ж швидкістю, з якою почали маневр.) Метод Дайсона з двома нейтронними зірками в принципі міг би спрацювати, але лише тому, що нейтронні зірки швидко рухаються. Космічний апарат, що використовує гравітаційний маневр, отримує прирощення енергії за рахунок руху планети або зірки. Якщо вони нерухомі, подібний маневр нічого не дасть.

А пропозиція Дайсона, хоча і може спрацювати, нічим не допоможе сьогоднішнім земним ученим - адже для того, щоб навідатися до швидко обертається нейтронних зірок, потрібно для початку побудувати зореліт.
З гармати в небеса

Ще один хитромудрий спосіб вивести корабель у космос і розігнати до фантастичних швидкостей - вистрілити їм з рейкової електромагнітної «гармати», яку описували у своїх творах Артур Кларк та інші автори-фантасти. В даний час цей проект серйозно розглядається як можлива частина протиракетного щита програми «зоряних воєн».

Спосіб полягає в тому, щоб замість ракетного палива або пороху використовувати для розгону ракети до високих швидкостей енергію електромагнетизму.

У найпростішому випадку рейкова гармата являє собою два паралельних проводу або рейки; реактивний снаряд, або ракета, «сидить» на обох рейках, утворюючи U-подібну конфігурацію. Ще Майкл Фарадей знав, що на рамку з струмом в магнітному полі діє сила. (Взагалі кажучи, на цьому принципі працюють всі електродвигуни.) Якщо пропустити через рейки і снаряд електричний струм силою в мільйони ампер, навколо всієї системи виникне надзвичайно потужне магнітне поле, яке, в свою чергу, пожене снаряд по рейках, розжене його до величезної швидкості і вышвырнет в простір з краю рейкової системи.

Під час випробувань рейкові електромагнітні гармати успішно вистрілювали металеві об'єкти з величезними швидкостями, розганяючи їх на дуже короткій дистанції. Що чудово, в теорії звичайна рейкова гармата здатна вистрілювати металевий снаряд зі швидкістю 8 км/с; цього досить, щоб вивести його на навколоземну орбіту. В принципі весь ракетний флот NASA можна було б замінити рейковими гарматами, які прямо з поверхні Землі вистрілювали би корисний вантаж на орбіту.

Рейкова гармата має суттєві переваги по відношенню до хімічних гармат і ракет. Коли ви стріляєте з рушниці, максимальна швидкість, з яким розширюються гази здатні виштовхнути кулю зі стовбура, обмежена швидкістю розповсюдження ударної хвилі. Жюль Берн в класичному романі «З Землі на Місяць» вистрілив снаряд з астронавтами до Місяця за допомогою пороху, але насправді нескладно підрахувати, що максимальна швидкість, яку може надати снаряду пороховий заряд, у багато разів менше швидкості, необхідної для польоту до Місяця. Рейкова ж гармата не використовує вибуховий розширення газів і тому ніяк не залежить від швидкості поширення ударної хвилі.

Але у рейкової гармати свої проблеми. Об'єкти на ній прискорюються так швидко, що вони, як правило, сплющуються через зіткнення... з повітрям. Корисний вантаж виявляється сильно деформованих в процесі «пострілу» з дула рейкової гармати, тому що коли снаряд врізається в повітря, це все одно як якщо б він вдарився об цегляну стінку. Крім того, при розгоні снаряд відчуває величезне прискорення, яке саме по собі здатне сильно деформувати вантаж. Рейки необхідно регулярно замінювати, так як снаряд при русі також деформує їх. Більш того, перевантаження в рейкової гармати смертельні для людей; людські кістки просто не витримають такого прискорення і зруйнуються.

Одне з рішень полягає в тому, щоб встановити рейкову гармату на Місяці. Там, за межами земної атмосфери, снаряд зможе безперешкодно розганятися в вакуумі відкритого космосу. Але навіть на Місяці снаряд при розгоні буде відчувати величезні перевантаження, здатні пошкодити і деформувати корисний вантаж. У певному сенсі рейкова гармата - антипод лазерного вітрила, який набирає швидкість поступово протягом довгого часу. Обмеження рейкової гармати визначаються саме тим, що вона на невеликій відстані і за невеликий час передає тілу величезну енергію.

Рейкова гармата, здатна вистрілити апарат до найближчих зірок, стала б дуже дорогим спорудою. Так, один з проектів передбачає будівництво у відкритому космосі рейкової гармати довжиною в дві третини відстані від Землі до Сонця. Ця гармата повинна буде накопичувати сонячну енергію, а потім разом витрачати її, розганяючи десятитонну корисне навантаження до швидкості, що дорівнює третині швидкості світла. При цьому «снаряд» буде випробовувати перевантаження 5000 g. Зрозуміло, «пережити» такий пуск зможуть тільки найвитриваліші кораблі-роботи.
Небезпеки космічного подорожі

Звичайно, космічне подорож - не заміський пікнік, В пілотованих польотах до Марсу або ще далі людину чекають страшні небезпеки. Мільйони років життя на Землі розвивалася під надійним захистом: озоновий шар, що оберігає планету від ультрафіолетових променів, магнітне поле захищає від сонячних спалахів і космічної радіації, а товста атмосфера прикриває від метеорів, які встигають згоріти в її товщі. Помірні температури і коливання атмосферного тиску здаються нам звичайними. Але в глибокому космосі нам доведеться лицем до лиця зіткнутися з тим фактом, що більша частина Всесвіту перебуває в стані хаосу; доведеться зіткнутися зі смертельно небезпечними радіаційними поясами і метеоритними роями.

Перша проблема тривалого космічного подорожі, яку необхідно вирішити, - це невагомість. Проведені російськими довготривалі дослідження невагомості показали, що тіло людини в космосі втрачає необхідні для життя мінерали і хімічні речовини набагато швидше, ніж очікувалося. Не рятує навіть жорстка програма фізичних вправ: після року на орбітальній станції кістки і м'язи російських космонавтів так атрофуються, що після повернення на Землю вони виявляються в стані тільки повзати, як немовлята, і то з трудом[29]. Схоже, що неодмінними наслідками тривалого перебування в невагомості під час космічного перельоту є атрофія м'язів, зношування опорно-рухової системи, зниження рівня виробництва червоних кров'яних тілець, зниження імунної відповіді, послаблення серцево-судинної діяльності.

Політ на Марс, який може тривати від кількох місяців до року, знаходиться біля самої межі витривалості наших астронавтів. В тривалих польотах до найближчих зірок ця проблема може виявитися фатальною. Можливо, задля збереження життя екіпажу звездолетам майбутнього доведеться обертатися, створюючи за рахунок відцентрових сил штучне тяжіння. Така вимога сильно ускладнить проектування і підніме вартість зорельота.

Друга проблема полягає в тому, що із-за присутності в просторі метеоритів, що рухаються зі швидкостями в десятки кілометрів в секунду, доведеться, можливо, обладнати космічні кораблі додатковим захистом. Ретельне обстеження корпусу шатлів виявило ознаки попадання декількох крихітних, але загрожує смертельною небезпекою метеоритів. Дуже може бути, що на космічних кораблях майбутнього доведеться влаштовувати спеціальне приміщення для екіпажу і забезпечувати його подвійним захистом.

Рівень радіації в глибокому космосі набагато вище, ніж передбачалося раніше. Так, за час 11-річного циклу сонячні спалахи здатні послати до Землі величезну кількість смертельно небезпечної плазми. Саме це явище не раз змушувало астронавтів на космічній станції шукати додаткового захисту проти потенційно небезпечного нальоту субатомних часток, а прогулянка у відкритому космосі в такий момент була б смертельною. (Навіть під час звичайного трансатлантичного перельоту з Лос-Анджелеса в Нью-Йорк, наприклад, ми піддаємося дії випромінювання інтенсивністю приблизно 1 мбер/ч. За час перельоту кожен пасажир отримує майже таку ж дозу радіації, як при рентгенівському знімку зуба.) В глибокому космосі, де нас вже не захищають ні атмосфера Землі, її магнітне поле, радіація може перетворитися у серйозну проблему.
Тимчасове припинення життєвих функцій

Що б ми не говорили про політ до зірок, які б розробляли проекти ні, одна обставина залишається незмінним: навіть якщо ми зуміємо побудувати зореліт, на дорогу до найближчих зірок нам будуть потрібні десятиліття, а то й століття. Для такого польоту буде потрібно кілька поколінь екіпажу, і до місця призначення доберуться лише нащадки тих, хто відправився в шлях.

Одне з рішень цієї проблеми, що фігурує в таких фільмах, як «Чужий» і «Планета мавп», - піддати космічних мандрівників анабіозу; це означає обережно і повільно знизити температуру тіла до такого рівня, на якому майже припиняється відправлення всіх життєвих функцій. Деякі тварини виконують подібну операцію кожен рік під час зимової сплячки. Деякі риби та жаби спокійно вмерзают в лід, а потім, коли температура підвищується, відтають і оживають.

Біологи, які займалися вивченням цього цікавого явища, вважають, що такі тварини здатні створювати у своєму тілі природний «антифриз», який помітно знижує температуру замерзання води. У риб таким природним антифризом служать певні протеїни, у жаб - глюкоза. Збагативши кров цими протеїнами, риба може жити взимку в Арктиці при температурі -2 °С. Жаби розвили в себе здатність підтримувати високий рівень глюкози, запобігаючи таким чином формування крижаних кристалів. Зовні їх тіла можуть здаватися промороженными наскрізь, але насправді всередині вони не промерзають; всі органи зберігають здатність функціонувати, хоча і в уповільненому темпі.

Але з ссавцями все далеко не так просто. При промерзанні людського тіла всередині клітин починають формуватися кристали льоду. У міру зростання вони протикають і руйнують стінки клітин. (Можливо, знаменитостям, які захотіли зберегти свої голови і тіла після смерті замороженими в рідкому азоті, варто було б ще раз замислитися.)

Тим не менше останнім часом намітився деякий прогрес у роботі з ссавцями, які в природі не впадають в сплячку, - з такими тваринами, як миші і собаки. У 2005 р, вчені з Університету Пітсбурга зуміли повернути до життя собак після того, як з них повністю викачали кров і замінили її на спеціальну дуже холодну рідину. Провівши в стані клінічної смерті три години, собаки ожили, як тільки їм знову запустили серця. (Хоча більшість собак після цієї процедури залишилися здоровими, у деяких мозок виявився пошкоджений.)

У цьому ж році вчені помістили мишей в камеру, заповнену сірководнем і успішно знизили на 6 годин температуру їхніх тіл до 13 °С. Швидкість метаболізму мишей впала в десять разів. У 2006 р. Головного лікаря з массачусетського госпіталю в Бостоні ввели мишей і свиней в стан сповільненій життєдіяльності, або анабіозу, також за допомогою сірководню.

У майбутньому подібна процедура, цілком можливо, стане рятувати життя постраждалим в серйозних катастрофах або від серцевого нападу, тобто в тих випадках, коли дорога кожна секунда. Не виключено, що анабіоз дасть лікарям можливість «зупинити час», а пацієнтам - дочекатися необхідної допомоги. Але минуть десятиліття, перш ніж цю методику можна буде застосувати до астронавтам-людям, тим більше що їм, можливо, доведеться провести в стані анабіозу не одне століття.
Нанокорабли

Існує ще декілька способів, поки не випробуваних і відомих лише в теорії, які в принципі можуть дати нам можливість дістатися до зірок. Одне з перспективних пропозицій - відправити до звездам безпілотні зонди, створені із застосуванням нанотехнологій. Все попереднє обговорення ґрунтувалося на припущенні про те, що зорельоти неодмінно повинні бути жахливими машинами, що споживають величезні кількості енергії і здатні нести до зірок великий екіпаж; приблизно так виглядає зореліт «Ентерпрайз» в серіалі «Зоряний шлях».

Але набагато більш реальним видається інший шлях розвитку. Розумніше, ймовірно, спочатку відправити до далеких зірок мініатюрні зонди зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Як ми вже згадували, в майбутньому, з розвитком нанотехнологій, повинна з'явитися можливість створювати крихітні космічні кораблі, до складу яких увійдуть машини атомного і молекулярного розмірів. Наприклад, іони мають надзвичайно малою масою, тому їх можна без праці розігнати до швидкості, близької до швидкості світла, для цього буде достатньо звичайної мережі електроживлення, яку можна знайти в будь-якій лабораторії. Щоб відправити в космос іони на майже світлової швидкості, не потрібно будувати гігантські реактивні ракети, досить розігнати їх за допомогою потужного електромагнітного поля. Це означає, що, якщо помістити іонізований нанобот в електричне поле, його можна без праці розігнати до околосветовой швидкістю. Після цього нанобот вже самостійно відправиться до зірок, адже в космосі немає тертя і гальмувати його буде нічому. Таким способом вирішуються багато проблем, неминучі для великих зорельотів. Не виключено, що відправити до найближчих зірок безпілотні розумні кораблі-наноботи виявиться багато разів дешевше, ніж будувати і запускати величезний зореліт з екіпажем людей.

Нанокорабли можна направити до найближчих зірок або, як запропонував Джеральд Нордлі, відставний інженер ВПС в галузі астронавтики, використовувати для створення тиску на сонячне вітрило і додаткового його розгону. Нордлі говорить: «Якщо ціле сузір'я кораблів розміром з шпилькову головку буде летіти ладом і підтримувати між собою зв'язок, їх можна буде розганяти буквально кишеньковим ліхтариком».

Але і у нанозвездолетов можуть виявитися свої проблеми. Так, у відкритому космосі вони можуть збитися з курсу від впливу електричних і магнітних полів. Щоб запобігти цьому, їх доведеться заздалегідь, ще на Землі, заряджати до високого потенціалу; в цьому випадку їх буде не так-то просто збити з шляху. По-друге, нам, можливо, доведеться послати не один мільйон кораблів-наноботів, щоб хоч жменька їх могла гарантовано долетіти до мети. Може здатися, що відправляти на дослідження найближчих зірок цілі рої нано-зорельотів дуже марнотратно, але ці зорельоти повинні бути дешевими, а масове автоматичне виробництво, ймовірно, дозволить випускати їх мільярдами; при цьому до мети долетить лише мала частина запущених наноботів.

Можна сказати, як приблизно буде виглядати нанокорабли? Деніел Голдін, колишній глава NASA, уявляв собі флотилії космічних кораблів розміром з банку кока-коли. Інші говорили про кораблях розміром з голку. Пентагон вивчає можливість створення «розумної пилу» - дрібних пилоподібних пристроїв з крихітними датчиками, які можна було б розпорошувати над полем бою, щоб безперервно постачати командирів достовірною інформацією. Не виключено, що в майбутньому таку «розумну пил» можна буде послати до найближчих зірок.

Швидше за все, електричні схеми пилоподібних наноботів будуть виготовлені за допомогою тієї ж технології травлення, яка використовується у виробництві напівпровідників; ця технологія дозволяє створювати електронні компоненти розміром не більше 30 нм, або приблизно 150 атомів у поперечнику. Наноботи можна запускати з Місяця за допомогою рейкових гармат - або навіть за допомогою прискорювачів частинок, які без праці елементарні частинки розганяють до близькосвітлових швидкостей. Наноботи повинні бути настільки дешевими, що в космос їх можна буде запускати мільйонами.

Діставшись до найближчої зоряної системи, наноботи могли б сісти на якусь пустельну місяць. Гравітація на ній невелика, і наноботи зможуть без праці сідати і злітати. На мертвій місяці, як правило, нічого не відбувається, а стабільна обстановка ідеальна для створення оперативної бази. Влаштувавшись на супутнику, нанобот зможе побудувати з місцевих матеріалів нанофабрику і створити потужну радіостанцію, здатну направити потужний промінь і передати інформацію на Землю. Нанофабрика може бути також розрахована на виробництво мільйонів копій самого нанобота для детального дослідження цієї зоряної системи і польоту до найближчих зірок. Таким чином, процес повториться. Автоматичним звездолетам немає потреби повертатися назад; їм достатньо передати на Землю зібрану інформацію.

Тільки що описаний нанобот іноді ще називають зондом фон Неймана на честь славетного математика Джона фон Неймана, який розробив математичний апарат самовідтворюваної машини Тюрінга. В принципі такі самовідтворюються космічні кораблі-наноботи здатні досліджувати всю Галактику, а не лише прилеглі зірки. З часом могла б утворитися сфера з трильйонів таких роботів, які експоненціально розмножувалися б по мірі збільшення радіусу сфери; розширення сфери при цьому йшло б з околосветовой швидкістю. За кілька сотень тисяч років наноботи всередині цієї ширшої сфери колонізували всю Галактику.

Дуже серйозно до ідеї нанозвездолетов відноситься, наприклад, інженер-електрик Брайан Гилкрист з Університету Мічигану. Нещодавно він отримав від Інституту перспективних концепцій NASA грант розміром 500 000 дол. на опрацювання ідеї будівництва нанокораблей з двигуном не крупніше бактерії. Він розраховує використовувати ту ж технологію травлення, запозичену з напівпровідникової промисловості, для створення флотилії з кількох мільйонів нанокораблей. Рухатися ці кораблі будуть за рахунок викидання крихітних наночастинок розміром всього кілька десятків нанометрів. Ці наночастинки передбачається розганяти в електричному полі - точно так само, як робиться в іонному двигуні. Але кожна наночастинок важить в тисячі разів більше іона, тому і тяга у такого двигуна буде значно більше, ніж у звичайного іонного. Таким чином, двигуни нанокораблей будуть володіти всіма перевагами іонних двигунів, але значно більшою тягою. Гилкрист вже почав труїти деякі деталі для своїх нанокораблей. На даний момент йому вдається розмістити 10 000 окремих «двигунів» на одному кремниевом чипі розміром в один сантиметр. Спочатку він планує розіслати свою флотилію по Сонячній системі і таким чином перевірити ефективність нанокораблей. Але з часом вони можуть становити частину першої земної флотилії, яка відправиться до зірок.

Проект Гилкриста - одне з декількох футуристичних пропозицій, які в даний час розглядає NASA. Після кількох десятиліть бездіяльності NASA знову звернулося до різних проектів міжзоряних подорожей - від цілком реальних до абсолютно фантастичных. З початку 1990-х NASA приймає у себе щорічний Семінар з досліджень у галузі перспективних космічних двигунів, під час якого кілька команд серйозних інженерів і фізиків розбирають запропоновані проекти по кісточках. Ще більш серйозні завдання ставить перед собою програма проривних фізичних принципів, мета якої - дослідити загадковий світ квантової фізики в додатку до ідеї міжзоряних подорожей. Вчені не прийшли до єдиної думки, але здебільшого їх зусилля зосереджені на самих успішних і просунутих на даний момент проектах: лазерних вітрилах і різних варіантах термоядерних двигунів.

Враховуючи повільне, але неухильне просування до розробки космічних апаратів, розумно припустити, що перший безпілотний зонд того чи іншого сорту може відправитися до найближчих зірок ще в цьому столітті або, можливо, на початку наступного, а значить, подорож до зірок слід класифікувати як неможливість I класу.

Однак самий багатообіцяючий, можливо, варіант зоряного корабля передбачає використання антиречовини. Зараз цей проект більше нагадує наукову фантастику, але не будемо забувати, що антиречовина вже отримано на Землі; не виключено, що коли-небудь такий зореліт стане найбільш перспективним варіантом для відправки до зірок першої цієї експедиції.
Ком-ев: 0 Автор: admin
Ви читаєте новину Физика невозможного - Звездолеты якщо Вам сподобалася стаття Физика невозможного - Звездолеты, прокоментируйте її.
html-посилання на публікацію
BB-посилання на публікацію
Пряме посилання на публікацію

Додайте коментар