Каравеллы для звездоплавателей

Первыми их построили в своем воображении фантасты. В своих попытках увидеть, угадать, какой будет техника грядущих времен, писатели отталкивались от научных представлений о свойствах той Вселенной, в которой нам выпало жить. Теория относительности утверждает, что ничему в мире не удастся превысить скорость света, а тела с ненулевой массой покоя не могут достичь даже и ее. Отсюда нетрудно было сделать вывод, что лучшая ракета для самых быстрых полетов — фотонная. При всех прочих равных условиях корабль разовьет тем большую скорость, чем выше скорость истечения рабочего вещества, а что в природе быстрее фотонов? Житейский опыт подсказывает: поток фотонов, а это ведь обычный свет, легко сфокусировать в точку или отразить в любом направлении. И в воображении сразу же возникает образ фотонной ракеты с огромным зеркалом-отражателем, оставляющим за собой столб ослепительного света (рис. 1).

И все же фотонная ракета с точки зрения того же житейского здравого смысла выглядит уж слишком экзотично. В природе действует множество сил, но среди них световое давление по своей «силе» попадает на самые последние места. Вот обычная ракета с топливными баками и дюзами, с пламенем неукротимой мощи и оглушительным ревом — она реальность, в нее мы верим. Писатели, конечно же, не слишком утруждали себя технической стороной дела, и лишь редкий из них, терзаемый несовершенством двигателей на химическом топливе порой «изобретет» какой-нибудь невероятный вид ракетного горючего. Вспомните хотя бы ультралиддит А. Толстого («Аэлита») или анамезон И. Ефремова («Туманность Андромеды»). Сами же ракеты для межзвездных путешествий чаще всего фантастам видятся как некий гибрид ракеты-носителя и подводной лодки (рис. 2).

Коррективы в представления фантастов о конструкциях подобных кораблей внесло понимание того, что в глубоком космосе сопротивление отсутствует даже на самых больших скоростях. В романах появились звездолеты с невероятно сложными архитектурными формами, не имеющие ничего общего с изящной «обтекаемостью» прежних кораблей. На смену принципу ракетного движения пришли идеи «нуль-транспортировки», «подпространственных переходов» и «смежных миров».

Ну а что же предлагали ученые? Не стоит, видимо, думать, что у них фантазии меньше, чем у писателей. Среди самых ярких писателей-фантастов всегда было немало ученых. Поэтому не удивительно, что более или менее обоснованные проекты звездолетов вышли из-под пера представителей научной мысли, хотя и без надежды на осуществление в обозримом будущем.

В 1946 г. — через год после первого атомного взрыва и за одиннадцать лет до запуска первого искусственного спутника — американский физик И. Аккерет (Ackeret) предложил вариант корабля, способного достичь релятивистских скоростей. Вообще говоря, речь шла об обычной ракете, релятивистскими же были скорости истекания рабочего вещества. Высокую энергию реактивной струе должны были сообщить термоядерные реакции или даже реакции аннигиляции. В последнем случае энергия аннигиляции использовалась для питания ионного двигателя, в котором под действием мощного электромагнитного поля ускорялись бы ионизованные атомы рабочего вещества.

Мало того, что управляемая термоядерная реакция не осуществлена и сегодня, Аккерет не давал решения и такой важной проблемы, как сброс тепла. В реакторе-энергогенераторе выделяется огромная мощность. Даже ничтожной ее части, поглощенной стенками установки, будет достаточно, чтобы разогреть реактор до температуры, при которой он попросту испарится, если, конечно, не обеспечено подобающее охлаждение. Впрочем, сброс тепла — слабое место почти всех проектов межзвездных кораблей.

В 1953 г. известный немецкий ученый Э. Зенгер (Sanger) предложил свой вариант фотонного звездолета, в основе которого лежала идея «абсолютного отражателя». Чтобы сильно увеличить тягу и разогнать корабль до релятивистских скоростей, нужно мощное энерговыделение. В подходящих для этого ядерных реакциях, особенно реакции аннигиляции, энергия высвобождается в виде гамма-квантов высокой энергии. Они слабо взаимодействуют с веществом и способны глубоко проникнуть в его толщу, прежде чем испытают поглощение или отражение (у специалистов даже бытует выражение «проникающее излучение»). Как сделать «абсолютный отражатель», который мог бы эффективно отражать гамма-кванты, никому не известно. Но даже если бы построить такую фотонную ракету удалось, то выглядела бы она совсем не так, как у фантастов. Никакого столба света не было бы: гамма- кванты невидимы. Зато их незримый поток и в миллионах километров от звездолета был бы «лучом смерти», который на своем пути распылял бы на атомы любое вещество.

Косвенно Э. Зенгер причастен и еще к одному проекту. Его разработки воздушно-космического самолета послужили основой для межзвездного самолета американца Р. Бюссара (Bussard. 1960 г.). Идея заключалась в том. чтобы использовать межзвездный водород в качестве топлива прямоточного реактивного двигателя. И хотя водород — основная составляющая вещества в нашей Вселенной, его в межзвездном пространстве очень мало: по одному атому в кубическом сантиметре. Чтобы, совершая полет, добывать достаточное количество «попутного» топлива, нужна собирающая воронка огромных размеров (рис. 3).

Правда, в таком виде звездолет вряд ли удастся создать. Из-за разреженности межзвездного водорода при малых скоростях полета воронка будет собирать не так уж много топлива и тяга двигателя будет невелика. По мере же разгона водорода будет поступать больше, пропорционально возрастет и тяга. Для одного из последующих вариантов прямоточного корабля давалась оценка крейсерской скорости в 20–30 % от скорости света. Однако при столь быстром движении удары атомов водорода и пылинок межзвездной среды способны разрушить собирающую воронку, если она сделана из вещества.

Не исключено, что лучше было бы для сбора водорода использовать электромагнитные поля в сочетании с ионизующим излучением: ионизованные атомы водорода (протоны) можно отклонять магнитным полем в любую сторону,

Идея привлекательна еще и потому, что столкновения на большой скорости с частицами межзвездной среды опасны и для самого корабля, а при эффективно действующем магнитном водородозаборнике он двигался бы в очищенном от частиц пространстве.

И в самом деле, защищать звездолет от атомов и пылинок межзвездной среды не менее важно, чем обеспечить его тепловой баланс. К простейшему решению — одеть корабль в очень толстую броню — скорее надо отнестись как к курьезу. Броня — это балласт, а тратить энергию на его разгон и торможение в высшей степени нелепо. Вот если бы использовать даровую энергию пертурбационного маневра, тогда бы еще куда ни шло. Космический корабль (какой бы ни была его масса) разгонялся бы, пролетая возле большой планеты (или звезды) которая передавала бы ему через гравитационное поле часть своей кинетической энергии. Так было, например, с американским аппаратом «Вояджер-2» около каждой планеты, с которой он сближался — Юпитера, Сатурна, Урана. Теоретически подобным маневрированием возле нескольких звезд можно достичь скорости в тысячи километров в секунду, но тогда межзвездный перелет займет десятки веков. Проблемы защиты и жизненного пространства для переселенцев (ибо только цели экспансии могут оправдать столь продолжительное путешествие) можно одновременно решить, если обитаемую зону целиком встроить в астероид и на нем же разместить двигатель для маневрирования (рис. 4).

Пожалуй, среди проектов межзвездных ракет, которые рассматривались в качестве отправной точки для детальной разработки, наиболее известны «Орион» и «Дедал».

Свою идею звездолета «Орион» с импульсным термоядерным двигателем американский ученый Ф. Дайсон опубликовал в 1968 г. Как раз тогда растущие мировые арсеналы водородных бомб и невообразимая их мощь создали атмосферу страха перед будущим. Но вот тут-то и появился проект, где движение обеспечивалось взрывами водородных бомб возле массивной плиты, соединенной амортизаторами с остальными частями корабля (рис. 5, 6). Возникающие при термоядерных реакциях частицы высокой энергии, застревая в плите, передают ей свой импульс, а амортизаторы гасят резкие толчки от взрывов. Конечно же, то, что на топливо для «Ориона» шла начинка водородных бомб, вызывало всеобщую симпатию к проекту. «Какой это был бы замечательный день, если бы ужасное оружие удалось использовать вот таким мирным способом» — писал американский журнал «Спейсфлайт» по этому поводу.