Мичио Каку - Физика невозможного

Исследования и эксперименты в области создания солнечного паруса продвигаются ужасно медленно, но его сторонники уже предложили новую идею, которая могла бы приблизить человека к звездам. Предлагается построить на Луне громадную батарею лазеров, которые пускали бы мощные лучи в солнечный парус; это позволило бы ему долететь до ближайшей звезды. Параметры межзвездного солнечного паруса просто пугают. Сам парус должен составлять несколько сотен километров в поперечнике, а сооружать его нужно непременно и полностью в открытом космосе. На Луне пришлось бы построить тысячи мощных лазеров, способных работать годами и даже десятилетиями. (По одной из оценок, каждый из таких лазеров должен в тысячу раз превосходить по мощности излучения всю сегодняшнюю планету Земля.)

Теоретически гигантский солнечный парус может развить скорость до половины скорости света. Кораблю с таким парусом на дорогу до ближайших звезд потребовалось бы всего около восьми лет. Движитель на этом принципе хорош еще и тем, что все его принципы уже известны. Доя его создания не требуется открывать новых физических законов. Зато в полный рост встают другие проблемы — и экономические, и технические. Сооружение паруса поперечником в несколько сотен километров, а также строительство на Луне тысяч мощных лазеров представляют собой очень серьезную инженерную проблему — и необходимые для реализации проекта технологии появятся, возможно, еще не скоро. (Главная проблема межзвездного солнечного паруса — возвращение назад. Чтобы привести корабль обратно к Земле, придется строить на луне у звезды-цели вторую батарею лазеров. Или совершить около этой звезды стремительный гравитационный маневр, который поможет набрать скорость для обратного пути. Тогда лазеры на Луне можно будет использовать для торможения паруса, чтобы корабль мог спокойно сесть на Землю.)

Лично мне самым перспективным движителем для путешествия к звездам представляется прямоточный термоядерный двигатель. Во Вселенной больше чем достаточно водорода, так что корабль с таким двигателем мог бы собирать водород — т. е. топливо — по пути, в процессе движения в открытом космосе. По существу, у такого двигателя был бы неистощимый и всегда доступный источник топлива. Собранный водород затем нагревался бы до нескольких миллионов градусов — достаточно для термоядерного синтеза — и высвобождал энергию.

Принцип прямоточного ядерного двигателя предложил в 1960 г. физик Роберт Буссард; позже его популяризацией занимался и Карл Саган. Буссард рассчитал, что прямоточный термоядерный двигатель весом около 1000 т мог бы теоретически поддерживать постоянное ускорение, равное 1 g, т.е. сравнимое с действием земной силы тяжести. Представим, что такое ускорение поддерживается в течение года. За это время корабль разгонится до 77% скорости света; этого уже вполне достаточно, чтобы всерьез рассматривать перспективы межзвездных путешествий.

Характеристики прямоточного ядерного двигателя нетрудно вычислить. Во-первых, нам известна средняя плотность газообразного водорода по всей вселенной. Кроме того, мы можем вычислить, сколько примерно водорода надо сжечь, чтобы достичь ускорения в 1G. Этот расчет, в свою очередь, определяет насколько большой должна быть "воронка" для сбора водорода. С помощью некоторых предположений можно показать, что нам понадобилась бы воронка диаметром около 160 километров. Хотя создать воронку такого размера было бы непомерно трудно на Земле, в космическом пространстве это было бы проще благодаря невесомости.

В принципе, прямоточный двигатель может продвинуться на неопределенное расстояние, в конечном счете достигая далеких звездных систем галактики. Так как по Эйнштейну внутри ракеты время замедляется, можно было бы преодолеть астрономические расстояния не прибегая к анабиозу. После достижения ускорения в 1G, в течение одиннадцати лет (в соответствии с часами внутри звездолета) космический аппарат достигнет звездного скопления Плеяды, которое находится в 400 световых годах от Земли. Через двадцать три года он достигнет галактики Андромеды, которая находится в 2 миллионах световых лет от Земли. В теории, космический аппарат сможет достичь предела видимой вселенной в течение жизни членов экипажа (хотя на Земле за это время вероятно пройдут миллиарды лет).

Одной из ключевых проблем явлается собственно реакция синтеза. Реактор синтеза ITER, который планируется построить на юге Франции, объединяет два редких изотопа водорода (дейтерий и тритий) с целью получения энергии. В космическом пространстве, однако, наиболее распостранённая форма водорода (протий) состоит из одного протона окруженного электроном. Поэтому прямоточний двигатель синтеза должен использовать протон-протонные реакции синтеза. Хотя процесс синтеза с участием дейтерия/трития изучался на протяжении десятилетий, протон-протонный синтез намного менее изучен. Его значительно труднее достичь и он дает гораздо меньше энергии. Так что освоение протон-протонных реакций будет оставаться технической задачей в ближайшие десятилетия. (Кроме того, некоторые специалисты выражают сомнения относительно того, сможет ли прямоточный двигатель преодолеть эффекты сопротивления среды по мере приближения к скорости света)

Пока физичиские и экономические аспекты протон-протонного синтеза не разработаны, трудно давать точные оценки относительно возможностей прямоточных двигателей. Но этот тип двигателей находится в числе перспективных кандидатов на миссию полёта к звездам.

В 1956 году Комиссия по атомной энергетике США (AEC) начала серьезно рассматривать ядерные ракеты в рамках проекта Rover. В теории, ядерный реактор должен использоваться для разогрева газов (напр. водорода) до экстремально высоких температур. Затем эти газы будут выбрасываться из сопла ракеты, создавая тягу.

Из-за опасности взрыва и попадания в атмосферу Земли токсичного ядерного топлива, ранние версии ядерных ракетных двигателей размещали горизонтально на железнодорожных путях, где тщательно проверяли их работоспособность. Первым ядерным ракетным двигателем, созданным для тестирования в рамках проекта Rover в 1959 году, был Киви 1 (метко названный в честь австралийской нелетающей птицы). В 1960-х годах NASA вместе с AEC создали ядерный двигатель для ракетных транспортных средств (Nuclear Engine for Rocket Vehicle Applications, NERVA), ставший первой ядерной ракетой, которую испытали в вертикальном, а не в горизонтальном положении. В 1968 г. он был запущен на стенде соплом кверху.

Результаты этих исследований оказались весьма спорными. Ракеты получались чрезвычайно сложными, и испытания часто заканчивались неудачей. В ядерном двигателе возникали очень сильные вибрации, оболочки тепловыделяющих сборок лопались, и ракета разваливалась. Другой постоянной проблемой была коррозия из-за горения водорода при высокой температуре. В конце концов в 1972 г. ядерная ракетная программа была закрыта.