Мичио Каку - Будущее человечества. Колонизация Марса, путешествия к звездам и обретение бессмертия

Другой вариант ракеты «Дедал» может получать энергию от лазерного термоядерного синтеза, при котором мощные лазерные лучи сжимают таблетку обогащенного водородом материала. Этот процесс называют инерциальным удержанием. Он экспериментально воспроизведен в установке National Ignition Facility (NIF) на базе Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии. Тамошняя батарея лазеров — 192 мощнейших луча в трубках длиной около 1,5 км — самая большая в мире. Когда все эти лазерные лучи фокусируются на крохотном образце богатого водородом дейтерида лития, их энергия поджигает поверхность вещества и инициирует мини-взрыв, в результате которого таблетка схлопывается, а ее температура поднимается до 100 млн градусов Цельсия. Запускается реакция синтеза, в ходе которой за несколько триллионных долей секунды высвобождается энергия, обеспечивающая мощность в 500 трлн ватт.

Я видел демонстрацию работы NIF, когда участвовал в съемках документального фильма для канала Discovery/Science. В Ливерморской лаборатории разрабатывается ядерный арсенал США, и посетители проходят серию проверок. Когда я наконец попал внутрь, впечатление было ошеломляющим. В главной камере установки, где сходятся лазерные лучи, легко мог бы разместиться пятиэтажный жилой дом.

Еще в одной версии проекта «Дедал» предлагается применить процесс, сходный с лазерным ядерным синтезом. Вместо лазерного луча для разогревания богатой водородом таблетки используется множество электронных пучков. Если за секунду взрывать 250 таких таблеток, по идее, будет вырабатываться достаточно энергии для разгона космического корабля до скорости, составляющей некоторую долю скорости света. Однако эта конструкция требует создания термоядерного корабля поистине гигантских размеров. В одном из вариантов корабль должен весить 54 000 т и быть длиной около 190 м, при этом его максимальная скорость составит 12 % от скорости света. Корабль настолько огромен, что строить его пришлось бы в открытом космосе.

Идея термоядерного ракетного двигателя выглядит вполне обоснованной, но мы пока не умеем управлять термоядерной энергией [39] Фундаментальная причина того, что магнитный термоядерный синтез до сих пор не реализован на Земле, — это проблема стабильности. В природе гигантский газовый шар может быть сжат до состояния, когда происходит вспышка звезды, потому что гравитация сжимает газ равномерно. Однако из-за наличия двух полюсов равномерно сжать газ при помощи магнитных сил невозможно. Пока вы сжимаете его в одном месте, он расширяется в другом (представьте, что вы сдавливаете воздушный шарик). Одна из идей состоит в том, чтобы создать магнитное поле в форме бублика и сжимать газ внутри него. Но физикам пока не удалось сжать горячий газ более чем на десятую долю секунды, а этого слишком мало для получения самоподдерживающейся реакции. . Кроме того, огромные габариты и сложность этих кораблей вызывают сомнения в их реализуемости, по крайней мере в этом столетии. Тем не менее термоядерные ракеты, наряду со световыми парусами, относятся к разряду наиболее перспективных решений.

Технологии пятой волны (к которым относятся двигатели на антивеществе (антиматерии), световые паруса, термоядерные двигатели и нанокорабли), возможно, откроют нам потрясающие перспективы. Двигатели на антивеществе, которыми снабжены космические корабли в сериале «Звездный путь», когда-нибудь могут стать реальностью. Они будут использовать величайший источник энергии во Вселенной — прямое превращение материи в энергию при аннигиляции вещества и антивещества [40] Хотя ракеты на антивеществе превращают вещество в энергию с эффективностью 100 %, скрытые потери все же происходят и в этом случае. Часть энергии столкновения вещества и антивещества уносят нейтрино, которых невозможно собрать и превратить в полезную энергию. Наши тела постоянно облучаются солнечными нейтрино, но мы этого не ощущаем. Даже когда Солнце находится за горизонтом, его нейтрино свободно проходят сквозь Землю — и пронизывают наши тела. Мало того, если бы можно было пустить пучок нейтрино сквозь бесконечно толстый слой свинца, он, прежде чем наконец остановиться, проник бы вглубь слоя на расстояние, равное одному световому году. Нейтринная энергия, высвобожденная в ходе столкновения вещества и антивещества, рассеивается и не может быть использована для выработки энергии. .

Антивещество (антиматерия) представляет собой противоположность веществу (материи), в частности, в том смысле, что частицы и античастицы обладают противоположным электрическим зарядом. Антиэлектрон имеет положительный заряд, антипротон — отрицательный. В старших классах школы я пытался исследовать антивещество, помещая капсулу с натрием-22, который испускает антиэлектроны, в конденсационную камеру и фотографируя красивые треки, оставленные антивеществом. Затем я построил бетатрон — ускоритель частиц на 2,3 млн электронвольт — в надежде исследовать свойства антивещества.

Когда вещество и антивещество соприкасаются, они аннигилируют, превращаясь в чистую энергию, так что можно сказать, что эта реакция высвобождает энергию со 100 %-ной эффективностью. Для сравнения: эффективность ядерного оружия составляет всего 1 %; большая часть энергии, содержащейся в водородной бомбе, теряется напрасно.

По идее, конструкция ракеты на антивеществе должна быть довольно простой. Антивещество в ней должно храниться в безопасных контейнерах и постепенно тонкой струйкой подаваться в камеру. Там оно должно соединяться с обычным веществом, взрываться и давать вспышку гамма- и рентгеновского излучения. Высвободившаяся при этом энергия будет выбрасываться через отверстие в реактивное сопло, создавая тягу.

Как отметил Джеймс Бенфорд, ракеты на антивеществе — любимая идея поклонников научной фантастики, но с их строительством могут появиться серьезные проблемы. Во-первых, антивещество хоть и возникает в результате естественных процессов, но лишь в относительно небольших количествах, так что нам пришлось бы производить его в больших количествах для использования в двигателях. Первый атом антиводорода, в котором антиэлектрон обращается вокруг антипротона, был получен в 1995 г. в Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) в Женеве. Для этого пучок обычных протонов был направлен на мишень из обычного вещества. В результате столкновений было получено несколько частиц-антипротонов. Мощнейшие магнитные поля отделили протоны от антипротонов, разогнав их в противоположных направлениях. Затем антипротоны замедлили, поместили в магнитную ловушку и там соединили с антиэлектронами, чтобы получился антиводород. В 2016 г. физики ЦЕРН, получив антиводород, проанализировали окружающие антипротон антиэлектронные оболочки. Как и ожидалось, обнаружилось точное соответствие между энергетическими уровнями антиводорода и обычного водорода.