Александр Потупа - Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее

Двигатель выглядит вполне эффективно, но это далеко не единственная проблема. Нужно еще сконструировать сам реактор (существующий лишь как общая научная идея), придумать способ получения и хранения 2 млн. тонн антивещества, обеспечить высокую концентрацию жесткого излучения, для которого обычные рефлекторы не годятся, устроить многое другое…

Все виды топлива имеют одно серьезное преимущество перед антивеществом — их добыча идет в естественных условиях и выгодна в том плане, что энергозатраты на нее уступают энерговыходу добываемого вещества. Антивещество же приходится производить буквально из энергии, к счастью, мы не имеем его месторождений [163]. На производство 2 млн. тонн антивещества самое малое пришлось бы затратить порядка 4.10 26Дж энергии (с учетом того, что в силу законов сохранения приходится производить примерно одинаковое количество обычного вещества). Установке, полностью использующей всю мощность, перехватываемую Землей у Солнца (2.10 17Вт), пришлось бы непрерывно обслуживать этот проект на протяжении 63 лет и 4 месяцев! И это, не считая огромных потерь, затрат на хранение и транспортировку, наконец, на строительство фантастического ускорителя, способного продуцировать что-то около 2 килограммов элементарных частиц в секунду…

Уже этого рассмотрения достаточно, чтобы убедиться в простом факте: субсветовые скорости движения ракет — удел цивилизаций II типа, то есть пока очень далекая от нас проблема.

Однако непонятно, насколько возникающие трудности преодолимы даже для них.

Чтобы поддерживать в фазе разгона допустимое для космонавтов ускорение, например 2g, необходима колоссальная эффективность двигателя Р » 6.10 9Вт/кг [164](для сравнения укажем, что у современных кораблей с мощными ядерными реакторами она вряд ли доходит до 20, эффективность Солнца как «двигателя» Р €= 2.10 -4Вт/кг). Но в таком случае полная начальная светимость аннигиляционной ракеты составит L = РМ 0» 2,4.10 19Вт, причем максимум ее спектра будет приходиться на чрезвычайно жесткое излучение [165]. Получается мощная? — лучевая звезда, и она представляет огромную опасность для Земли и всего пространства Солнечной системы. При фокусировке излучения порядка одной угловой секунды ракета даже на расстоянии 100 астрономических единиц дает «зайчик» площадью около 4,5 млрд. км 2(на порядок больше площади Земли) и поток радиации раза в 4 превысит общий поток Солнца в районе земной орбиты! Иными словами, ее старт следует устроить где-то на самых окраинах Солнечной системы, видимо, не ближе одного светового года от Солнца. Ну а транспортировка туда горючего малой скоростью (миллисветовые грузовики?) потребует тысячелетий. Идея же промежуточного старта на двигателях обычного типа наталкивается на другую опасность — допустимо ли монтировать аннигиляционную супербомбу в окрестностях Земли?

Ситуация взаимна. Фотонная ракета не только опасна для окружающей космической среды, но и среда представляет для нее огромную опасность. Если даже предположить идеальные навигационные условия — отсутствие на пути ракеты крупных небесных тел, все равно останется межзвездная среда с плотностью не менее 1 атома водорода в кубическом сантиметре. Это вовсе не страшно для медленных тел, но для релятивистской ракеты космический вакуум будет выглядеть потоком энергичной протонной радиации — словно ее используют в качестве мишени в 6-7-Гэвном ускорителе. При крайне скромном эффективном размере этой мишени порядка 1 км она испытывала бы порядка 10 21соударений в секунду с очень жесткими протонами. Защита от такой радиации эквивалентна непрерывному отводу мощности порядка 10 12Вт, то есть система, практически равная всей энергетике современной Земли, работала бы только на нужды защиты.

Но помимо столь впечатляющих энергетических проблем есть еще кое-что сроки полетов. В релятивистской теории равноускоренного движения возникает естественная константа t= c/a0 (отношение скорости света к ускорению в системе отсчета корабля), характеризующая время разгона до ультрарелятивистских скоростей. При этом времена, измеренные по часам космонавтов (τ) и землян (t), связаны

формулой:

τ (t) = t 0ln [t/t 0+ √(t/to) 2+ 1] " t при t/t 0« 1

τ (t) = t 0ln [t/t 0+ √(t/t 0) 2+ 1] " t 0ln2(t/t 0) при t/t 0» 1,

где мы выделили предельное поведение зависимости τ от t в самом начале разгона и после его завершения. Соответственно, ускорение, скорость полета и траектория корабля выглядят для земного наблюдателя следующим образом:

a(t) = a 0/[1 + (t/t 0)2]3/2 = a 0(1 – v 2/c 2)3/2 " a0 при t/t 0« 1,

a(t) = a 0/[1 + (t/t 0)2]3/2 = a 0(1 - v 2/c 2)3/2 " 0 при t/t 0» 1;

v(t) = a 0t/[1 + (t/t 0)2]1/2 " a 0t при t/t 0« 1,

v(t) = a 0t/[1 + (t/t 0)2]1/2 " c при t/t 0» 1;

r(t) = r 0{[1+ (t/t 0)2]1/2 -1} = r 0{1/(1 - v 2/c 2)1/2 -1} " a 0t 2/2 при t/t 0« 1,

r(t) = r 0{[1+ (t/t 0)2]1/2 -1} = r 0{1/(1 - v 2/c 2)1/2 -1} " ct при t/t 0» 1,

где введена постоянная r 0= ct 0= c 2/a 0— характерная длина разгона (при r »r 0корабль практически идет со скоростью света [166]).

Из формул легко заключить, что ближний полет, скажем, на разведку 44-х звезд, заключенных в радиусе 5 парсеков вокруг Солнца, не представлял бы для космонавтов чего-то неприятного с точки зрения сроков. Путешествие к? Центавра (расстояние 4,3 световых года) в режиме двойного разгона-торможения при ускорении 2g (t » 1,53.10 7 с ~ 0,5 года) заняло бы у них всего 5 лет, а на Земле к моменту возвращения прошло бы 10 лет. Скорость ракеты к моменту смены режима не превысила бы 0,988с.

Ситуация резко меняется, когда заходит речь об исследованиях всей Галактики. Чтобы совершить интереснейший полет к центру Галактики (r = 10 4 парсек), космонавты могут затратить около 22 лет, имея в виду тот же режим с ускорением 2g. Но этот вполне умеренный срок противостоит 65 тысячелетиям ожидания. Что застанут космонавты, вернувшись домой, что найдут взамен утраченной цивилизации? Окажется ли добытая ими информация хоть чем-нибудь полезна?

Между тем, уровень трудностей при сверхдальних бросках принципиально возрастает. При полете в режиме разгон-торможение фотонная ракета достигает максимальной скорости v » c[1–1/2.(r 0/r) 2] посреди пути. Для стартовой массы ракеты получаем:

M 0/M к? (r 0/r) 4, то есть полет стотонной капсулы к центру Галактики и обратно с ускорением 2g (r 0 = 0,15 пс) потребует начальной массы M 0? 2.10 21 тонн ~ 1/3 М). Ее стартовая светимость будет не меньше 1,2.10 34 Вт, что соответствует суммарному излучению скопления в десятки миллионов звезд, а энергия встречной протонной радиации окажется порядка 60 ТэВ (6.10 13электронвольт).

Комментарии к такому проекту, пожалуй, излишни. Впрочем, можно было бы получить и более фантастические числа, рассматривая полет в пределах Местной системы галактик (г ~ 10 6пс), когда стартовая масса корабля превысила бы 100 М €, а светимостью (~10 42 Вт) он сравнялся бы с приличным галактическим скоплением. Вряд ли стоит обсуждать дальше такие опасные экстраполяции.