4 концепта космических кораблей, которые могут стать реальностью в будущем

Статью можно послушать. Если вам так удобнее, включайте подкаст.

1. Взрыволёт

Видеозапись: DrRhysy / YouTube

Все мы хотя бы отдалённо представляем, насколько разрушительно атомное оружие. Казалось бы, использование такой опасной штуки вряд ли приведёт к чему-то хорошему.

Но физики Станислав Улам и Фримен Дайсон решили, что и эту силу можно направить в созидающее русло. И в 60-х годах они предложили идею межзвёздного корабля, который летал бы, толкая себя контролируемыми ядерными взрывами.

И правда, зачем возить по просторам Вселенной огромные баки с топливом, если можно вместо этого захватить с собой сотню-другую атомных боеголовок?

Проект получил название «Орион», или звездолёт с ядерно-импульсным двигателем. Принцип работы агрегата заключается в следующем.

Болтается себе на орбите корабль, который намеревается отправиться в полёт к окраинам Солнечной системы или даже к другим звёздам. В нужный момент он выпускает где-то в сотне метров позади себя водородную бомбу, которая взрывается и ударной волной направляет планетолёт вперёд. Когда инерция толчка начнёт спадать, выпускается следующая бомба, затем ещё и ещё. Это куда эффективнее, знаете ли, чем банально лететь на ракете.

Сама по себе идея была отличная. Но у «взрыволёта», как окрестили разработку, было много проблем, нерешаемых на данном этапе развития науки и техники. Непонятно было, как защитить зад корабля от релятивистской плазмы, гамма-излучения и световых вспышек. Предполагалось, что отражающую плиту покроют абляционным покрытием из графитовой смазки, которую надо будет ещё и подновлять после каждого взрыва.

Однако есть определённые сомнения в том, что можно сконструировать защиту, способную выдержать детонации сотни водородных бомб почти в упор.

Кроме того, вывести на орбиту аппарат с сотнями атомных бомб на борту было довольно рискованной задачей. В 60-х к радиации относились проще, чем сейчас, — видимо, считали, что она убивает только тех, кто её боится.

Первоначально предполагалось, что «Орион» будет взлетать своим ходом, то есть совершать атомные взрывы под собой прямо в атмосфере. Затем учёные всё-таки поняли, что погорячились, и решили детонировать ядерные заряды только в безвоздушном пространстве.

Но даже в этом случае, если что-то пойдёт не по плану и ракета с таким опасным грузом не долетит до космоса, в месте, где она упадёт, произойдёт настоящая радиационная катастрофа. Поэтому проект отложили в долгий ящик, а после, с подписанием Договора о частичном запрещении ядерных испытаний в 1963 году, и вовсе закрыли.

Тем не менее идея межзвёздного корабля, разгоняющегося с помощью атомной бомбы, до сих пор всплывает в умах физиков.

2. Солнечный парусник

Видеозапись: The Planetary Society / YouTube

Словосочетание «солнечный (или фотонный) парус» звучит довольно фантастично. Тем не менее это реальная и даже уже отработанная технология. В июне 2019 года зонд LightSail-2 с таким двигателем был успешно протестирован в космосе.

Дело в том, что фотоны — частицы, из которых и состоит свет, — могут при соприкосновении с поверхностью оказывать давление. То есть солнечный свет в космосе способен точно так же толкать парус, как это делает ветер на Земле.

Только парус понадобится создать из сверхтонкого абсорбирующего материала — например, из алюминиевой плёнки толщиной в 30 нанометров. И размером он должен быть как минимум в несколько квадратных километров.

Для сравнения: площадь полотна зонда LightSail-2 составляла всего 32 квадратных метра.

Аппарату с солнечным парусом не придётся таскать с собой десятки и сотни тонн топлива: он сможет летать везде, куда добирается солнечный свет. Правда, у реализации концепта есть и потенциальные трудности.

Главная из них — как уберечь парус от повреждений. Это, в конце концов, светонепроницаемое полотно толщиной с бритву, обладающее прочностью туалетной бумаги и несущееся сквозь пустоту на бешеной скорости. Любая встречная пылинка может сделать в нём приличную дырку.

3. Фотонная ракета

Такой космический корабль использует тот же принцип, что и солнечный парусник, только наоборот. Ведь если фотоны способны давить на поверхность, с которой соприкасаются, то они также могут и отбрасывать двигатель, производящий их. В итоге получается ракета, которую приводит в движение не сжигаемое топливо, а свет.

Да, в вакууме даже простой фонарик, если дать ему очень долговечный источник энергии, будет постепенно разгоняться, подталкивая себя испускаемыми фотонами. Достаточно развернуть его лампочкой против цели и включить свет.

Правда, лететь фонарик будет так медленно, что на разгон до заметных скоростей уйдут миллиарды лет. Но это решаемый вопрос — надо просто сделать устройство побольше.

Вот только запитать такую фару будет той ещё задачей. Физик Даниэль Томмазини из Университета Виго подсчитал, что даже самый эффективный ядерный реактор будет способен разогнать фотонный корабль только на 0,02% от скорости света.

Это где-то 60 км/с, что уже неплохо для путешествий по Солнечной системе. Но чтобы махнуть к ближайшей звезде, понадобятся источники энергии получше банального атомного реактора. Например, хороший запас топлива из антиматерии или карманная чёрная дыра.

Антиматерия при столкновении с материей даёт выплеск огромного количества чистой энергии. Правда, производство антивещества невероятно дорогое удовольствие: создание грамма антиводорода учёные NASA оценили в 62,5 триллиона долларов. А его, чтобы прокормить аннигиляционный реактор, понадобятся тонны.

Чёрные дыры — ещё более эффективные источники энергии. Из них можно делать так называемые сингулярные, или коллапсарные, реакторы — так утверждал Стивен Хокинг. Чёрная дыра создаёт излучение, постепенно испаряясь.

Подсчитано, что одна такая дырка весом 606 000 тонн будет испаряться примерно 3,5 года, создав за это время 160 петаватт энергии. Просто дикая цифра: энергии хватит для разгона до 10% скорости света за 20 дней.

Осталось только придумать, как сделать чёрную дыру и каким образом хранить её в корабле, — и компактный аккумулятор неимоверной мощности готов. Главное, не суйте в него пальцы, иначе они станут сингулярными, то есть сожмутся в точку. Вместе со всеми остальными частями тела.

4. Корабль с лазерным приводом

Видеозапись: School of Physics — The University of Sydney / YouTube

У перечисленных концептов есть общая проблема: им придётся таскать свои источники энергии с собой. Ракетное горючее, топливо для ядерного реактора, антиматерия или чёрная дыра — всё это много весит и уменьшает показатель полезной нагрузки. Придётся тратить лишнюю энергию на перемещение этого хозяйства.

Солнечном паруснику не придётся возить многие тонны топлива, но и у него есть ограничение: он летает только туда, куда дует солнечный ветер, и в межзвёздном пространстве будет не так полезен.

Однако корабль, разгоняемый лазером, лишён подобных недостатков. Это аналог звездолёта с парусом, но разгонять его будет не свет солнца, а гигаваттный направленный источник излучения.

Принцип такой: межзвёздный зонд расправляет парус, а огромный лазер-ускоритель на Земле или на околосолнечной орбите светит на него и толкает туда, куда надо.

Допустим, мы разогнались до нужной скорости, но как затормозить в точке прибытия у какой-нибудь Проксимы Центавра или звезды Барнарда? Заранее туда второй такой же лазер не пригнать — мы и один-то на околосолнечной орбите с трудом построили.

Но не переживайте, физики Джеффри Лэндис и Карвер Эндрюс всё давно продумали. При необходимости аппарат может не только разгоняться, но и тормозить с помощью энергии посылаемых в него фотонов от лазера.

Просто пропускаем их мимо паруса на огромное зеркало, они отражаются на парус, но с другой стороны. И мы получаем возможность лететь в направлении, обратном лазеру. То есть сумеем не только сгонять к далёким звёздам на околосветовой скорости, но и вернуться.

Этот механизм межзвёздных путешествий выглядит наиболее реализуемым. 12 апреля 2016 года Стивен Хокинг предложил отправить к Альфе Центавра группу зондов весом по 0,5 г, разгоняемых до 20% скорости света лазером с поверхности Земли. По идее, у них уйдёт 20 лет на полёт, а данные, которые передадут зонды по прибытии на место, будут добираться обратно в виде радиопередач ещё 5 лет.

Сам Хокинг не дожил до реализации своей идеи, но проект под названием Breakthrough Starshot продолжает разрабатываться. Его финансируют российский бизнесмен Юрий Мильнер и владелец Meta Марк Цукерберг. Возможно, последний просто ищет способ вернуться домой.