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

Необходимо подчеркнуть, что у всех упомянутых звездолетов есть и другие проблемы, связанные с движением на околосветовой скорости. Серьезный риск будут представлять столкновения с астероидами, даже крохотные астероиды смогут пробить корпус звездолета насквозь. Мы уже упоминали небольшие вмятины и царапины на обшивке «Спейс шаттлов» — это отметины частиц космического мусора, которые, вероятно, сталкивались с кораблем на скорости, близкой к орбитальной, то есть примерно 29 000 км/ч. На околосветовых скоростях столкновения будут несоизмеримо более опасными, в принципе любая встреча с астероидом сможет разнести звездолет в пыль.

В кино эту опасность обычно устраняют при помощи мощных силовых полей, которые отталкивают микрометеориты. Это очень удобно, но, к несчастью, осуществимо только в головах сценаристов. Конечно, можно создать электрическое и магнитное силовые поля, но любые незаряженные объекты — даже обычные бытовые предметы из пластика, дерева или гипса — будут легко проходить сквозь них. Поэтому микрометеориты в открытом космосе нельзя отразить при помощи электрического и магнитного полей, а гравитационные поля работают только на притяжение, к тому же они чрезвычайно слабы, а значит, тоже не годятся на роль отражающих силовых щитов.

Еще одна проблема — торможение. Если вы несетесь сквозь пространство со скоростью, близкой к скорости света, как вы будете замедляться, когда доберетесь до места назначения? Солнечные и лазерные паруса всецело зависят от энергии светила или батареи лазеров, которые никак не могут замедлить движение космического корабля. Так что движимые парусом космические корабли будут полезны в основном в исследовательских пролетных программах.

Для ядерных космических кораблей лучший метод торможения, вероятно, состоит в том, чтобы развернуть корабль на 180° и направить тягу двигателей в противоположную сторону. Однако при такой стратегии примерно половина тяги корабля будет использоваться на набор скорости, а вторая половина — на торможение. Солнечный парус, возможно, удастся поставить таким образом, чтобы свет от звезды, к которой направляется экспедиция, постепенно тормозил корабль.

Еще одна проблема состоит в том, что большинство пилотируемых космических кораблей будут очень большими и неуклюжими. Собирать их придется в открытом космосе, значит, понадобятся десятки экспедиций, чтобы доставить на орбиту строительные материалы, и еще большее их число, чтобы собрать корабль. Для сокращения расходов нужен более экономный метод запуска экспедиций в космос. Именно здесь может пригодиться космический лифт.

Космический лифт, если бы его удалось создать с применением нанотехнологий, кардинально изменил бы ситуацию с исследованием космоса [42] D. B. Smitherman Jr., «Space Elevators: An Advanced Earth-Space Infrastructure for the New Millennium», NASA pub. CP 2000–210429. . Космический лифт представляет собой длинную штангу, протянувшуюся с поверхности Земли в открытый космос. Представляете, входишь в кабину, нажимаешь на кнопку, и лифт быстро поднимает тебя на орбиту. Никаких перегрузок при старте ракеты с космодрома — подъем в космос будет таким же мягким и спокойным, как подъем в лифте на верхний этаж небоскреба. Космический лифт бросил бы вызов земному тяготению и обеспечил нам простой способ подниматься в небеса.

О возможности космического лифта первым задумался Константин Циолковский, которого очень заинтересовало строительство в 1880-х гг. Эйфелевой башни в Париже. Если инженеры смогли построить столь великолепное сооружение, спросил он себя, то почему бы не продолжить строительство и не направить конструкцию прямо в открытый космос? Основываясь на простых физических принципах, Циолковский сумел показать, что теоретически, если сделать башню достаточно высокой, то с какого-то момента центробежная сила сможет поддерживать ее в вертикальном положении без какого-либо внешнего воздействия. Точно так же, как раскручиваемый на нитке шарик не падает на пол, удерживаемый в воздухе благодаря вращению, космический лифт будет удерживать от падения центробежная сила вращающейся Земли.

Идея о том, что ракеты — это, возможно, не единственный способ проникнуть в космос, оказалась радикальной и захватывающей. Но сразу же обнаружилось и препятствие. Нагрузка на тросы космического лифта может достигнуть 100 ГПа, что намного превосходит прочность стали, которая составляет 2 ГПа. Стальные кабели лопнули бы, и космический лифт кувыркаясь полетел бы на землю.

Концепция космического лифта была положена на полку почти на столетие. Иногда о таких устройствах вспоминали писатели-фантасты — к примеру, Артур Кларк в романе «Фонтаны рая». При этом на вопрос о том, когда космический лифт может быть сооружен, Кларк ответил: «Вероятно, лет через 50 после того, как все перестанут смеяться» [43] NASA Science, «Audacious and Outrageous: Space Elevators»; https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast07sep_1 . .

Теперь уже никто не смеется над этой идеей. Внезапно космический лифт перестал казаться неосуществимой выдумкой. В 1999 г. проведенное НАСА предварительное исследование показало, что лифт с тросом диаметром чуть менее 1 м и длиной около 45 000 км мог бы доставлять на орбиту до 15 т полезной нагрузки. В 2013 г. Международная академия астронавтики выпустила 350-страничный доклад, в котором говорилось, что при достаточном финансировании и активных исследованиях космический лифт, способный доставить на орбиту по 20 т груза, может быть построен к 2035 г. Стоимость строительства обычно оценивают в диапазоне $10–50 млрд — крохи по сравнению со $150 млрд, потраченными на Международную космическую станцию. При этом космический лифт может снизить стоимость доставки грузов в космос в 20 раз.

Задача строительства космического лифта из области фундаментальной физики перешла уже в область инженерного дела. Проводятся расчеты, чтобы определить, можно ли изготавливать тросы космического лифта из чистых углеродных нанотрубок, которые обладают достаточной прочностью и выдержат все нагрузки. И сумеем ли мы изготовить достаточное количество этих трубок, чтобы протянуть их на тысячи километров в космос? Ответ ясен: в настоящее время — нет. Пока чрезвычайно трудно получить нанотрубки из чистого углерода длиннее сантиметра. Возможно, вы слышали сообщения о том, что изготовлены многометровые нанотрубки, но на самом деле речь идет о композитных материалах. Это короткие нити углеродных нанотрубок, спрессованные в длинное волокно, не обладающее, однако, чудесными свойствами чистых углеродных нанотрубок.