Міжзоряні перельоти неможливі. Чи реально полетіти до інших зірок? І навіть швидше

Сонячна система вже давно не становить особливого інтересу для фантастів. Але, що дивно, і в деяких учених наші «рідні» планети не викликають особливого натхнення, хоча вони практично не досліджені.

Щойно прорубавши вікно в космос, людство рветься в невідомі далині, причому вже не тільки в мріях, як раніше.
Ще Сергій Корольов обіцяв незабаром польоти в космос «за профспілковою путівкою», але цій фразі вже півстоліття, а космічна одіссея, як і раніше, доля обраних – надто дороге задоволення. Однак два роки тому HACA запустило грандіозний проект 100 Year Starship,який передбачає поетапне та багаторічне створення наукового та технічного фундаменту для космічних польотів.

Тож які ж проблеми потрібно вирішити, щоб зіркові польоти стали реальністю?

ЧАС І ШВИДКІСТЬ ВІДНОСНІ

Зореплавання автоматичних апаратів здається деяким вченим майже вирішеним завданням, хоч як це дивно. І це при тому, що немає сенсу запускати автомати до зірок з нинішніми черепашими швидкостями (приблизно 17 км/с) та іншим примітивним (для таких невідомих доріг) оснащенням.

Наразі за межі Сонячної системи пішли американські космічні апарати «Піонер-10» та «Вояджер-1», зв'язку з ними вже немає. "Піонер-10" рухається у бік зірки Альдебаран. Якщо з ним нічого не станеться, він досягне околиць цієї зірки... через 2 мільйони років. Так само повзуть просторами Всесвіту та інші апарати.

Отже, незалежно від того, чи живемо корабель чи ні, для польоту до зірок йому потрібна висока швидкість, близька до швидкості світла. Втім, це допоможе вирішити проблему польоту лише до найближчих зірок.

«Навіть якби ми примудрилися побудувати зоряний корабель, який зможе літати зі швидкістю, близькою до швидкості світла, - писав К. Феоктистів, - час подорожей тільки нашою Галактикою обчислюватиметься тисячоліттями і десятками тисячоліть, оскільки діаметр її становить близько 100 000 світлових років. Але на Землі за цей час пройде набагато більше».

Відповідно до теорії відносності, хід часу у двох рухомих одна щодо інший системах різний. Так як на великих відстанях корабель встигне розвинути швидкість дуже близьку до швидкості світла, різниця в часі на Землі та на кораблі буде особливо великою.

Передбачається, що першою метою міжзоряних польотів стане альфа Центавра (система із трьох зірок) – найближча до нас. Зі швидкістю світла туди можна долетіти за 4,5 роки, на Землі за цей час мине років десять. Але чим більша відстань, тим сильніша різниця в часі.

Пам'ятаєте знамениту «Туманність Андромеди» Івана Єфремова? Там політ вимірюється роками, причому земними. Гарна казка нічого не скажеш. Однак ця омріяна туманність (точніше, галактика Андромеди) знаходиться від нас на відстані 2,5 мільйона світлових років.

Отже, навіть польоти зі швидкістю світла обґрунтовані лише відносно близьких зірок. Однак апарати, що летять зі швидкістю світла, живуть поки що лише в теорії, яка нагадує фантастику, щоправда, наукову.

КОРАБЛЬ РОЗМІРОМ З ПЛАНЕТУ

Звичайно, в першу чергу вченим прийшла думка використовувати в двигуні корабля найбільш ефективну термоядерну реакцію - як уже частково освоєну (у військових цілях). Однак для подорожі в обидва кінці зі швидкістю, близькою до світлової, навіть при ідеальній конструкції системи, потрібне відношення початкової маси до кінцевої не менш ніж 10 у тридцятій мірі. Тобто зореліт буде схожим на величезний склад з паливом завбільшки з маленьку планету. Запустити таку махину у космос із Землі неможливо. Та й зібрати на орбіті – теж, недаремно вчені не обговорюють цей варіант.

Дуже популярна ідея фотонного двигуна, який використовує принцип анігіляції матерії.

Анігіляція - це перетворення частинки та античастинки при їх зіткненні на будь-які інші частинки, відмінні від вихідних. Найбільш вивчена анігіляція електрона та позитрону, що породжує фотони, енергія яких і рухатиме зореліт. Розрахунки американських фізиків Ронана Кіна та Веймін Чжана показують, що на основі сучасних технологій можливе створення анігіляційного двигуна, здатного розігнати космічний корабель до 70% від швидкості світла.

Однак далі починаються суцільні проблеми. На жаль, застосувати антиречовину як ракетне паливо дуже непросто. Під час анігіляції відбуваються спалахи найпотужнішого гамма-випромінювання, згубного для космонавтів. Крім того, контакт позитронного палива з кораблем загрожує фатальним вибухом. Зрештою, поки що немає технологій для отримання достатньої кількості антиречовини та її тривалого зберігання: наприклад, атом антиводню «живе» зараз менше 20 хвилин, а виробництво міліграма позитронів коштує 25 мільйонів доларів.

Але, припустимо, згодом ці проблеми вдасться вирішити. Однак палива все одно знадобиться дуже-дуже багато, і стартова маса фотонного зорельоту буде порівняна з масою Місяця (за оцінкою Костянтина Феоктистова).

ПІРВАЛИ ПАРУС!

Найбільш популярним і реалістичним зорельотом на сьогоднішній день вважається сонячний вітрильник, ідея якого належить радянському вченому Фрідріху Цандеру.

Сонячне (світлове, фотонне) вітрило - це пристосування, що використовує тиск сонячного світла або лазера на дзеркальну поверхню для приведення в рух космічного апарату.
У 1985 році американським фізиком Робертом Форвардом було запропоновано конструкцію міжзоряного зонда, що розганяється енергією мікрохвильового випромінювання. Проектом передбачалося, що зонд досягне найближчих зірок за 21 рік.

На XXXVI Міжнародному астрономічному конгресі було запропоновано проект лазерного зорельоту, рух якого забезпечується енергією лазерів оптичного діапазону, що розташовані на орбіті навколо Меркурія. За розрахунками, шлях зорельоту цієї конструкції до зірки Епсілон Ерідана (10,8 світлових років) і назад зайняв би 51 рік.

«Малоймовірно, що за даними, отриманими в подорожах нашою Сонячною системою, ми зможемо суттєво просунутися вперед у розумінні світу, в якому ми живемо. Звичайно, думка звертається до зірок. Адже раніше малося на увазі, що польоти біля Землі, польоти до інших планет нашої Сонячної системи не є кінцевою метою. Прокласти дорогу до зірок було головним завданням».

Ці слова належать не фантасту, а конструктору космічних кораблів та космонавту Костянтину Феоктистову. На думку вченого, нічого особливо нового у Сонячній системі вже не виявиться. І це при тому, що людина поки що долетіла тільки до Місяця...

Все це поки що теорія, проте перші кроки вже робляться.

1993 року на російському кораблі «Прогрес М-15» у рамках роекту «Прапор-2» було вперше розгорнуто сонячне вітрило 20-метрової ширини. Під час стикування «Прогресу» зі станцією «Мир» її екіпаж встановив на борту «Прогресу» агрегат розгортання відбивача. В результаті відбивач створив яскраву пляму 5 км завширшки, яка пройшла через Європу до Росії зі швидкістю 8 км/с. Пляма світла мала світність, приблизно еквівалентну повному Місяцю.

Вітрильний варіант може підійти для запуску автоматичних зондів, станцій та вантажних кораблів, але непридатний для пілотованих польотів із поверненням. Існують й інші проекти зорельотів, однак вони, так чи інакше, нагадують перераховані вище (з такими ж масштабними проблемами).

Сюрпризи в міжзоряному просторі

Здається, мандрівників у Всесвіті чекає безліч сюрпризів. Наприклад, щойно висунувшись за межі Сонячної системи, американський апарат «Піонер-10» почав відчувати силу невідомого походження, що викликає слабке гальмування. Висловлювалося багато припущень, аж до про невідомі поки що ефекти інерції чи навіть часу. Однозначного пояснення цього феномену досі немає, розглядаються різні гіпотези: від простих технічних (наприклад, реактивна сила від витоку газу в апараті) до введення нових фізичних законів.

Інший апарат, «Вояд-жер-1», зафіксував на межі Сонячної системи область із сильним магнітним полем. У ньому тиск заряджених частинок із боку міжзоряного простору змушує поле, створюване Сонцем, ущільнюватись. Також апарат зареєстрував:

• зростання кількості високоенергетичних електронів (приблизно у 100 разів), які проникають у Сонячну систему із міжзоряного простору;
• різке зростання рівня галактичних космічних променів – високоенергетичних заряджених частинок міжзоряного походження.

Простір між зірками не порожній. Всюди є залишки газу, пилу, частинки. При спробі руху зі швидкістю, близькою до швидкості світла, кожен зіткнувся з кораблем атом буде подібний до частки космічних променів великої енергії. Рівень жорсткої радіації за такого бомбардування неприпустимо підвищиться навіть при польотах до найближчих зірок.

А механічна дія часток при таких швидкостях уподібниться розривним кулям. За деякими розрахунками, кожен сантиметр захисного екрану зорельоту безперервно обстрілюватиметься з частотою 12 пострілів за хвилину. Зрозуміло, що ніякий екран не витримає такої дії протягом кількох років польоту. Або повинен мати неприйнятну товщину (десятки і сотні метрів) і масу (сотні тисяч тонн).

Виходить, що вирішити проблему транспортування матеріальних тіл на галактичні відстані зі швидкостями, близькими до швидкості світла, не можна. Безглуздо ломитися через простір та час за допомогою механічної конструкції.

КРОТОВА НОРА

Фантасти, намагаючись подолати невблаганний час, написали, як «прогризати дірки» у просторі (і часі) і «згортати» його. Вигадали різноманітні гіперпросторові стрибки від однієї точки простору до іншої, минаючи проміжні області. Тепер до фантастів приєдналися вчені.

Фізики почали шукати екстремальні стани матерії та екзотичні лазівки у Всесвіті, де можна пересуватися з надсвітловою швидкістю всупереч теорії відносності Ейнштейна.

Однак для створення стабільних кротових нір можна використовувати ефект, відкритий голландцем Хендріком Казіміром. Він полягає у взаємному тяжінні незаряджених тіл під дією квантових коливань у вакуумі. Виявляється, вакуум не зовсім порожній, у ньому відбуваються коливання гравітаційного поля, в якому спонтанно виникають і зникають частинки та мікроскопічні кротові нори.

Залишається тільки виявити одну з нір і розтягнути її, помістивши між двома надпровідними кулями. Одне гирло кротової нори залишиться на Землі, інше космічний корабель із навколосвітньою швидкістю перемістить до зірки - кінцевого об'єкта. Тобто зореліт буде пробивати тунель. Після досягнення зорельотом пункту призначення кротова нора відкриється для реальних блискавичних міжзоряних подорожей, тривалість яких обчислюватиметься хвилинами.

Міхур викривлення

Подібно до теорії кротових нір міхур викривлення. 1994 року мексиканський фізик Мігель Алькуб'єрре виконав розрахунки відповідно до рівнянь Ейнштейна і знайшов теоретичну можливість хвильової деформації просторового континууму. При цьому простір стискатиметься перед космічним кораблем і одночасно розширюватиметься позаду нього. Зореліт ніби поміщається в міхур викривлення, здатний пересуватися з необмеженою швидкістю. Геніальність ідеї полягає в тому, що космічний корабель спочиває у міхурі викривлення, і закони теорії відносності не порушуються. Рухається при цьому сам міхур викривлення, що локально спотворює простір-час.

Незважаючи на неможливість переміщатися швидше за світло, ніщо не перешкоджає переміщенню простору або поширенню деформації простору-часу швидше за світло, що, як вважають, і відбувалося відразу після Великого вибуху при утворенні Всесвіту.

Всі ці ідей поки що не укладаються в рамки сучасної науки, однак у 2012 році представники НАСА заявили про підготовку експериментальної перевірки теорії доктора Алькуб'єрре. Як знати, може, і теорія відносності Ейнштейна колись стане частиною нової глобальної теорії. Адже процес пізнання нескінченний. Отже, якось ми зможемо прорватися через терни до зірок.

Ірина ГРОМОВА

Чи можуть міжзоряні перельоти перетворитися з нездійсненної мрії на реальну перспективу?

Вчені всього світу кажуть, що людство все далі просувається в освоєнні космосу, з'являються нові відкриття і технології. Проте про міжзоряні перельоти людям доводиться поки що лише мріяти. Але чи така недосяжна і нереальна ця мрія? Чим має людство сьогодні і які перспективи на майбутнє?

За оцінками фахівців, якщо прогрес не зупиниться на місці, то протягом одного чи двох століть людство зможе виконати свою мрію. Надпотужний телескоп "Кеплер" свого часу дозволив астрономам виявити 54 екзопланети, де не виключено розвиток життя, а сьогодні вже підтверджено існування 1028 таких планет. Ці планети, що обертаються навколо зірки за межами Сонячної системи, знаходяться на такому віддаленні від центральної зірки, що на їхній поверхні можлива підтримка води в рідкому стані.

Однак отримати відповідь на головне питання — чи самотність людство у Всесвіті — поки що неможливо через гігантські відстані до найближчих планетних систем. Безліч екзопланет, на відстань ста і менше світлових років від Землі, а також величезний науковий інтерес, який вони викликають, змушують глянути на ідею міжзоряних перельотів зовсім інакше.

Політ до інших планет залежатиме від розробки нових технологій та вибору способу, який необхідний для досягнення такої далекої мети. А поки що вибір ще не зроблено.

Для того, щоб земляни змогли долати неймовірно величезні космічні відстані, причому за порівняно короткий термін інженерам і космологам доведеться створити принципово новий двигун. Говорити про міжгалактичні перельоти поки що рано, але людство могло б дослідити - Чумацький шлях, галактику, в якій знаходиться Земля та Сонячна система.

Галактика Чумацький шлях налічує близько 200 - 400 мільярдів зірок, навколо яких рухаються планети по своїх орбітах. Найближче до Сонця знаходиться зірка під назвою Альфа Центавра. Відстань до неї приблизно сорок трильйонів кілометрів або 4,3 світлових років.

Ракеті зі звичайним двигуном доведеться летіти до неї приблизно 40 тисяч років! Користуючись формулою Ціолковського, легко підрахувати, що для того, щоб розігнати космічний апарат з реактивним двигуном на ракетному паливі до швидкості в 10% від швидкості світла, потрібно більше пального, ніж його є на всій Землі. Тому говорити про космічну місію за сучасних технологій це повний абсурд.

Як вважають науковці, майбутні космічні зорельоти матимуть змогу літати з використанням термоядерного ракетного двигуна. Реакція термоядерного синтезу дозволяє виробляти енергію на одиницю маси в середньому майже в мільйон разів більше, ніж за хімічного процесу згоряння.

Саме тому у 1970 роках група інженерів разом із вченими розробили проект гігантського міжзоряного корабля із термоядерною руховою установкою. Безпілотний космічний корабель Дедал передбачалося обладнати імпульсним термоядерним двигуном. Невеликі гранули мали вкидатися в камеру згоряння і спалахувати пучками потужних електронних променів. Плазма, як продукт термоядерної реакції, що вилітає із сопла двигуна, надає тягове зусилля кораблю.

Передбачалося, що Дедал мав летіти до зірки Барнарда, шлях якої становить шість світлових років. Величезний космічний корабель дістався б її за 50 років. І хоча проект не було здійснено, до сьогодні немає більш реального технічного проекту.

Іншим напрямом у технології створення міжзоряних кораблів є сонячне вітрило. Використання сонячного вітрила розглядається сьогодні як найперспективніший і найреалістичніший варіант зорельота. Перевага сонячного вітрильника в тому, що на борту не потрібне паливо, а це означає, що набагато зросте корисне навантаження порівняно з іншими космічними кораблями. Вже сьогодні існує можливість спорудження міжзоряного зонда, де тиск сонячного вітру буде основним джерелом корабля.

Про серйозність намірів освоєння міжпланетних польотів говорить проект, який розробляється з 2010 року в одній із основних наукових лабораторій НАСА. Вчені працюють над проектом підготовки протягом найближчих ста років пілотованого польоту до інших зіркових систем.

Якщо використовувати існуючі технології, часу, щоб відправити вчених та астронавтів у міжзоряну місію, потрібно буде дуже багато. Подорож буде дуже довгою (навіть за космічними мірками). Якщо ми хочемо здійснити таку подорож хоча б за одне життя, ну чи за покоління, нам потрібні радикальніші (читай: суто теоретичні) заходи. І якщо червоточини та підпросторові двигуни на даний момент є абсолютно фантастичними, багато років існували інші ідеї, в реалізацію яких ми віримо.

Ядерна силова установка

Ядерна силова установка - це теоретично можливий двигун для швидкої космічної подорожі. Концепцію спочатку запропонував Станіслав Улам у 1946 році, польсько-американський математик, який брав участь у Манхеттенському проекті, а попередні розрахунки зробили Ф. Райнес та Улам у 1947 році. Проект «Оріон» був запущений у 1958 році та проіснував до 1963-го.

Під керівництвом Теда Тейлора з General Atomics та фізика Фрімена Дайсона з Інституту перспективних досліджень у Прінстоні, «Оріон» мав використати силу імпульсних ядерних вибухів, щоб забезпечити величезну тягу з дуже високим питомим імпульсом.

У двох словах, проект «Оріон» включає великий космічний апарат, який набирає швидкість за рахунок підтримки термоядерних боєголовок, викидаючи бомби позаду та прискорюючись за рахунок вибухової хвилі, яка йде в розташований ззаду «пушер», панель для поштовху. Після кожного поштовху сила вибуху поглинається цією панеллю і перетворюється на рух уперед.

Хоча за сучасними мірками цю конструкцію складно назвати елегантною, перевага концепції в тому, що вона забезпечує високу питому тягу - тобто максимальну кількість енергії з джерела палива (в даному випадку ядерних бомб) при мінімальних витратах. Крім того, ця концепція може теоретично розганяти дуже високі швидкості, за деякими оцінками, до 5% швидкості світла (5,4 х 10 7 км/год).

Звичайно, цей проект має неминучі мінуси. З одного боку, корабель такого розміру вкрай дорого будуватиме. За оцінками, які зробив Дайсон у 1968 році, космічний апарат «Оріон» на водневих бомбах важив би від 400 000 до 4 000 000 тонн. І принаймні три чверті цієї ваги припадатимуть на ядерні бомби, кожна з яких важить приблизно одну тонну.

Скромні підрахунки Дайсона показали, що загальна вартість будівництва «Оріону» склала б 367 мільярдів доларів. З виправленням на інфляцію, ця сума виливається в 2,5 трильйона доларів, це досить багато. Навіть за найскромніших оцінок, апарат буде вкрай дорогим у виробництві.

Є ще невелика проблема радіації, яку він випромінюватиме, не кажучи вже про ядерні відходи. Вважається, що саме з цієї причини проект було згорнуто в рамках договору про часткову заборону випробувань від 1963 року, коли світові уряди прагнули обмежити ядерні випробування та зупинити надмірний викид радіоактивних опадів у атмосферу планети.

Ракети на ядерному синтезі

Інша можливість використання ядерної енергії полягає у термоядерних реакціях для отримання тяги. В рамках цієї концепції, енергія повинна створюватися під час займання гранул суміші дейтерію та гелію-3 у реакційній камері інерційним утриманням з використанням електронних променів (подібно до того, що роблять у Національному комплексі запалювання в Каліфорнії). Такий термоядерний реактор підривав би 250 гранул на секунду, створюючи високоенергетичну плазму, яка потім перенаправлялася в сопло, створюючи тягу.

Подібно до ракети, яка покладається на ядерний реактор, ця концепція має переваги з точки зору ефективності палива та питомого імпульсу. За оцінкою, швидкість повинна досягати 10600 км/год, що набагато перевищує межі швидкості звичайних ракет. Більше того, ця технологія активно вивчалася протягом останніх кількох десятиліть і було зроблено багато пропозицій.

Наприклад, між 1973 та 1978 роками Британське міжпланетне товариство провело дослідження можливості проекту «Дедал». Спираючись на сучасні знання та технології термоядерного синтезу, вчені закликали до будівництва двоступеневого безпілотного наукового зонда, який зміг би дістатися зірки Барнарда (5,9 світлового року від Землі) за термін людського життя.

Перший ступінь, найбільший із двох, працював би протягом 2,05 року і розігнати апарат до 7,1% швидкості світла. Потім цей ступінь відкидається, запалюється другий, і апарат розганяється до 12% швидкості світла за 1,8 року. Потім двигун другого ступеня відключається і корабель летить протягом 46 років.

За оцінками проекту «Дедал», місії знадобилося б 50 років, аби досягти зірки Барнарда. Якщо до Проксіми Центавра, то судно дістанеться за 36 років. Але, звичайно, проект включає безліч невирішених питань, зокрема нерозв'язних з використанням сучасних технологій - і більшість із них досі не вирішені.

Наприклад, Землі майже немає гелію-3, отже, його доведеться видобувати іншому місці (найімовірніше, на Місяці). По-друге, реакція, яка рухає апарат, вимагає, щоб енергія, що випускається, значно перевищувала енергію, витрачену на запуск реакції. І хоча експерименти на Землі вже перевершили "точку беззбитковості", ми ще далекі від тих обсягів енергії, що зможуть живити міжзоряний апарат.

По-третє, залишається питання вартості такого судна. Навіть за скромними стандартами безпілотного апарату проекту «Дедал» повністю обладнаний апарат важитиме 60 000 тонн. Щоб ви розуміли, вага брутто NASA SLS трохи вище за 30 метричних тонн, і один тільки запуск обійдеться в 5 мільярдів доларів (за оцінками 2013 року).

Коротше кажучи, ракету на ядерному синтезі не лише надто дорого будуватиме, а й буде потрібний рівень термоядерного реактора, який набагато перевищує наші можливості. Icarus Interstellar, міжнародна організація цивільних вчених (деякі з яких працювали в NASA чи ЕКА), намагається пожвавити концепцію з проектом «Ікар». Зібрана у 2009 році група сподівається зробити рух на синтезі (та інше) можливим у найближчому майбутньому.

Термоядерний ПВРД

Відомий також як ПВРД Буссарда, двигун уперше запропонував фізик Роберт Буссард у 1960 році. За своєю суттю це поліпшення стандартної термоядерної ракети, яка використовує магнітні поля для стиснення водневого палива до точки запуску синтезу. Але у разі ПВРД, величезна електромагнітна вирва всмоктує водень із міжзоряного середовища та зливає в реактор як паливо.

У міру того як апарат набирає швидкість, реактивна маса потрапляє в магнітне поле, що обмежує, яке стискає її до початку термоядерного синтезу. Потім магнітне поле спрямовує енергію в сопло ракети, прискорюючи судно. Оскільки ніякі паливні баки не сповільнюватимуть його, термоядерний ПВРД може розвинути швидкість близько 4% світловий і вирушити куди завгодно в галактику.

Проте ця місія має безліч можливих недоліків. Наприклад, проблема тертя. Космічний апарат покладається на високу швидкість збору палива, але водночас зіштовхуватиметься з великою кількістю міжзоряного водню та втрачатиме швидкість – особливо у щільних регіонах галактики. По-друге, дейтерію і тритію (які використовуються в реакторах на Землі) у космосі небагато, а синтез звичайного водню, якого багато в космосі, поки що нам непідвладний.

Втім, наукова фантастика полюбила цю концепцію. Найвідомішим прикладом є, мабуть, франшиза «Зоряна дорога», де використовуються «колектори Буссарда». Насправді ж наше розуміння реакторів синтезу далеко не таке прекрасне, як хотілося б.

Лазерне вітрило

Сонячні вітрила давно вважаються ефективним способом підкорення Сонячної системи. Крім того, що вони відносно прості та дешеві у виготовленні, у них великий плюс: їм не потрібне паливо. Замість використання ракет, які потребують палива, вітрило використовує тиск радіації зірок, щоб розганяти надтонкі дзеркала до високих швидкостей.

Проте, у разі міжзоряного перельоту, таке вітрило доведеться підштовхувати сфокусованими променями енергії (лазером або мікрохвилями), щоб розганяти до швидкості, близької до світлової. Концепцію вперше запропонував Роберт Форвард у 1984 році, фізик лабораторії Hughes Aircraft.

Його ідея зберігає переваги сонячного вітрила в тому, що не вимагає палива на борту, а також у тому, що лазерна енергія не розсіюється на відстані так само, як і сонячна радіація. Таким чином, хоча лазерному вітрилу буде потрібно деякий час, щоб розігнатися до навколосвітлової швидкості, він згодом буде обмежений лише швидкістю самого світла.

За даними дослідження Роберта Фрісбі в 2000 році, директора з досліджень передових рухових концепцій в Лабораторії реактивного руху NASA, лазерне вітрило розжене до половини світлової швидкості менше ніж за десять років. Він також розрахував, що вітрило діаметром 320 кілометрів могло б дістатися до Проксіми Центавра за 12 років. Тим часом, вітрило 965 кілометрів у діаметрі прибуде на місце лише через 9 років.

Однак будувати таке вітрило доведеться з передових композитних матеріалів, щоб уникнути плавлення. Що буде особливо складно з огляду на розміри вітрила. Ще гірша справа з витратами. На думку Фрісбі, лазерам знадобиться стабільний потік в 17 000 терават енергії - приблизно стільки весь світ споживає за один день.

Двигун на антиматерії

Любителі наукової фантастики добре знають, що таке антиматерія. Але якщо ви забули, антиматерія – це речовина, що складається з частинок, які мають таку ж масу, як і звичайні частинки, але протилежний заряд. Двигун на антиматерії - це гіпотетичний двигун, в основі якого лежать взаємодії між матерією та антиматерією для генерації енергії або створення тяги.

Коротше кажучи, двигун на антиматерії використовує частинки водню і антиводню, що стикаються між собою. Випущена в процесі анігіляції енергія можна порівняти за обсягами з енергією вибуху термоядерної бомби у супроводі потоку субатомних частинок - півоній і мюонів. Ці частинки, які рухаються зі швидкістю однієї третьої швидкості світла, перенаправляються в магнітне сопло і виробляють тягу.

Перевага такого класу ракет у тому, що більшу частину маси суміші матерії/антиматерії можна перетворити на енергію, що забезпечує високу щільність енергії та питомий імпульс, що перевищує будь-яку іншу ракету. Більше того, реакція анігіляції може розігнати ракету до половини швидкості світла.

Такий клас ракет буде найшвидшим і найенергоефективнішим із можливих (або неможливих, але пропонованих). Якщо звичайні хімічні ракети вимагають тонни палива, щоб просувати космічний корабель до місця призначення, двигун на антиматерії робитиме ту саму роботу за рахунок кількох міліграмів палива. Взаємне знищення півкілограма частинок водню та антиводню вивільняє більше енергії, ніж 10-мегатонна воднева бомба.

Саме тому Інститут перспективних концепцій NASA досліджує цю технологію як можливу для майбутніх місій на Марс. На жаль, якщо розглядати місії до найближчих зіркових систем, сума необхідного палива зростає у геометричній прогресії, і витрати стають астрономічними (і це не каламбур).

Відповідно до звіту, підготовленого до 39-ї конференції AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference та Exhibit, двоступінчаста ракета на антиречовині вимагатиме понад 815 000 метричних тонн палива, щоб дістатися до Проксіми Центавру за 40 років. Це відносно швидко. Але ціна…

Хоча один грам антиречовини виробляє неймовірну кількість енергії, виробництво одного лише грама вимагатиме 25 мільйонів мільярдів кіловат-годин енергії і виллється в трильйон доларів. В даний час загальна кількість антиречовини, яку було створено людьми, становить менше 20 нанограмів.

І навіть якби ми могли дешево виробляти антиматерію, нам потрібен був би масивний корабель, який зміг би утримувати необхідну кількість палива. Згідно з доповіддю доктора Даррела Сміта та Джонатана Веббі з Авіаційного університету Ембрі-Ріддл у штаті Арізона, міжзоряний корабель з двигуном на антиречовині міг би набрати швидкість у 0,5 світлової та досягти Проксіми Центавра трохи більше ніж за 8 років. Проте сам корабель важив би 400 тонн і зажадав би 170 тонн палива з антиречовини.

Можливий спосіб обійти це - створити судно, яке створюватиме антиречовину з подальшим його використанням як паливо. Ця концепція, відома як Vacuum to Antimatter Rocket Interstellar Explorer System (VARIES), була запропонована Річардом Обаузі з Icarus Interstellar. Спираючись на ідею переробки дома, корабель VARIES повинен використовувати великі лазери (запитані величезними сонячними батареями), створюють частки антиречовини під час пострілу в порожній космос.

Подібно до концепції з термоядерним ПВРД, ця пропозиція вирішує проблему перевезення палива за рахунок його видобутку прямо з космосу. Але знову ж таки вартість такого корабля буде надзвичайно високою, якщо будувати його нашими сучасними методами. Ми просто не в змозі створювати антиречовину у величезних масштабах. А ще потрібно вирішити проблему з радіацією, оскільки анігіляція матерії та антиматерії виробляє спалахи високоенергетичних гамма-променів.

Вони не тільки становлять небезпеку для екіпажу, але і для двигуна, щоб ті не розвалилися на субатомні частинки під впливом цієї радіації. Коротше кажучи, двигун на антиречовині зовсім непрактичний з урахуванням наших сучасних технологій.

Варп-двигун Алькуб'єрре

Любителі наукової фантастики, безперечно, знайомі з концепцією варп-двигуна (або двигуна Алькуб'єрре). Запропонована мексиканським фізиком Мігелем Алькуб'єрре у 1994 році, ця ідея була спробою уявити миттєве переміщення у просторі без порушення спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Якщо коротко, ця концепція включає розтягування тканини простору-часу у хвилю, яка теоретично призведе до того, що простір перед об'єктом стискатиметься, а позаду - розширюватиметься.

Об'єкт усередині цієї хвилі (наш корабель) зможе їхати на цій хвилі, будучи в «варп-бульбашці», що зі швидкістю набагато перевищує релятивістську. Оскільки корабель не рухається в самому міхурі, а переноситься ним, закони відносності та простору-часу порушуватись не будуть. По суті, цей метод не включає рух швидше за швидкість світла в локальному сенсі.

"Швидше світла" він тільки в тому сенсі, що корабель може досягти пункту призначення швидше променя світла, що подорожує за межами варп-бульбашки. Якщо припустити, що космічний апарат буде оснащений системою Алькуб'єрре, він дістанеться до Проксіми Центавра менше ніж за 4 роки. Тому, якщо говорити про теоретичну міжзоряну космічну подорож, це, безумовно, найперспективніша технологія в плані швидкості.

Зрозуміло, вся ця концепція є надзвичайно спірною. Серед аргументів проти, наприклад, те, що вона не бере до уваги квантову механіку і може бути спростована теорією всього (на зразок петльової квантової гравітації). Розрахунки необхідного обсягу енергії також показали, що варп-двигун буде непомірно ненажерливий. Інші невизначеності включають безпеку такої системи, ефекти простору-часу в пункті призначення та порушення причинності.

Проте в 2012 році вчений NASA Гарольд Уайт заявив, що разом із колегами почав досліджувати можливість створення двигуна Алькуб'єрре. Уайт заявив, що вони побудували інтерферометр, який уловлюватиме просторові спотворення, зроблені розширенням і стисненням простору-часу метрики Алькуб'єрре.

2013 року Лабораторія реактивного руху опублікувала результати випробувань варп-поля, які проводилися в умовах вакууму. На жаль, результати визнали «непереконливими». У довгостроковій перспективі ми можемо з'ясувати, що метрика Алькуб'єрре порушує один чи більше фундаментальних законів природи. І навіть якщо його фізика виявиться вірною, немає жодних гарантій, що систему Алькуб'єрре можна використовувати для польотів.

Загалом, все як завжди: ви народилися надто рано для подорожі до найближчої зірки. Тим не менш, якщо людство відчує необхідність побудувати «міжзоряний ковчег», який вміщатиме самопідтримуване людське суспільство, дістатися до Проксіми Центавра вдасться років за сто. Якщо ми, звичайно, захочемо інвестувати у такий захід.

Що стосується часу, то всі доступні методи здаються вкрай обмеженими. І якщо витратити сотні тисяч років на подорож до найближчої зірки може нас мало цікавити, коли наше власне виживання стоїть на кону, у міру розвитку космічних технологій, методи залишатимуться надзвичайно непрактичними. До моменту, коли наш ковчег дістанеться найближчої зірки, його технології стануть застарілими, а самого людства може вже не існувати.

Тож якщо ми не здійснимо великий прорив у сфері синтезу, антиматерії чи лазерних технологій, ми задовольнятимемося вивченням нашої власної Сонячної системи.

"Техніка-молоді" 1991 р. №10, с.18-19

Володимир АЦЮКОВСЬКИЙ,
кандидат технічних наук,
м.Жуківський Московської обл.

Чи можливі міжзоряні перельоти?

Друк захлеснула хвиля повідомлень про НЛО. Очевидці стверджують, що бачили НЛО явно техногенної природи. Вони не мають сумніву, що вони спостерігали космічні кораблі інопланетних цивілізацій. Однак наша свідомість відмовляється прийняти це: для планет Сонячної системи наявність цивілізацій, крім Землі, майже виключена, бо на них немає умов для життя, принаймні на їхній поверхні. Можливо, під поверхнею? Навряд, хоча...

А на планетах інших систем життя, можливо, і є, але дуже далеко до них: найближчі 28 зірок розташовані в межах від 4 (Найближча Центавра) до 13 світлових років (зірка Каптейна). Такі зірки, як Сіріус А та Б, Проціон А та Б, Тау-Кіта, знаходяться всередині цього інтервалу. Не близько! Якщо кораблі літатимуть туди й назад зі швидкістю світла, то обидва кінці їм знадобиться від 8 до 26 років, і це тільки для найближчих зірок. Крім часу на прискорення та уповільнення. Навряд чи таке доцільно, а отже, літати треба швидше за світло.

Що ж, прикинемо скільки займе розгін до таких швидкостей (і гальмування). Заради наочності результати зведені в таблицю, з якої можна відразу дізнатися час, необхідне досягнення тієї чи іншої швидкості при тому чи іншому прискоренні. Виходить: якщо вважати допустимий термін подорожі в один кінець рівним одному місяцю, то летіти потрібно зі швидкістю близько багатьох десятків швидкостей світла, а розганятися (і гальмуватися) з прискоренням багатьох сотень земних прискорень. М-да!.. І на все це ще десь брати енергію! Мимоволі замислишся: чи здійснені взагалі міжзоряні рейси? Але де ж тоді прибувають до нас НЛО? Та ще й поводяться зухвало: раптом зникають, маневрують під прямими кутами, щось таке випромінюють... А якщо...

Адже що нам, зрештою, потрібно? Лише відповісти на три запитання:

1. Чи можна в принципі літати зі швидкостями, що перевищують швидкість світла? (У школі вчили, що не можна.)

2. Чи можна прискорюватися, не руйнуючи організму? (За сучасними уявленнями, вже 10-кратне навантаження є гранично допустимим.)

3. Чи можна видобути енергію на розгін та гальмування? (Розрахунок показує – ніякої термоядерної енергії на це не вистачить.)

Як не дивно, на всі питання, незважаючи на скептичні зауваження у дужках, вже сьогодні є позитивні відповіді. Літати зі швидкостями, що перевищують швидкість світла, не можна лише через заборону, накладену А. Ейнштейном. Але з якого дива його теорія відносності зведена в ранг абсолютної істини? Адже вона виходить із постулатів, тобто вигадок автора, які самі ґрунтуються на хибних посилках. Наприклад, в 1887 році в знаменитому досвіді Майкельсона був виявлений ефірний вітер, хоча його величина і виявилася меншою за очікувану (тоді не знали поняття прикордонного шару). Що ж виходить? З одного боку, СТО – спеціальна теорія відносності – не може існувати, якщо ефір є. З іншого, ОТО - загальна теорія відносності, - як писав сам Ейнштейн у статтях «Про ефір» і «Ефір і теорія відносності», завжди передбачає наявність ефіру. Як розуміти це протиріччя?

Проведений мною критичний огляд всіх основних експериментів з СТО та ОТО (див. «Логічні та експериментальні основи теорії відносності. Аналітичний огляд». М., МПІ, 1990, 56 с.) показав, що серед них взагалі немає однозначно підтверджують цю теорію! Ось чому вона може бути скинута з рахунків, не братися до уваги. Тим більше, що ще П.Лаплас встановив - швидкість розповсюдження гравітаційних збурень не менш ніж у 50 млн. разів перевищує швидкість світла, а весь досвід небесної механіки, яка оперує виключно зі статичними формулами, що передбачають нескінченно більшу швидкість розповсюдження гравітації, підтверджує це. Словом, немає заборони на субсвітлові швидкості, хибна тривога була.

Приступимо до другого питання. Розглянемо як прискорюється космонавт? Гази ракети тиснуть на стінку камери згоряння, та – на ракету, ракета – на спинку крісла, спинка крісла – на нього. А тіло, вся маса космонавта, намагаючись залишитися у спокої, деформується і за сильних впливів може зруйнуватися. Але якби той самий космонавт падав у полі тяжкості якоїсь зірки, то він, хоч і прискорювався б значно швидше, ніякої деформації взагалі не зазнав би, бо всі елементи його тіла прискорюються одночасно і однаково. Те саме буде, якщо продувати космонавта ефіром. В цьому випадку потік ефіру - реального в'язкого газу - прискорить кожен протон і космонавта загалом, без деформації тіла (згадайте науково-фантастичний роман А. Бєляєва «Аріель»). Причому прискорення може мати будь-яку величину, аби потік був однорідним. Тож і тут можливості є.

І, нарешті, де взяти енергію? За моїми даними (див. «Загальна ефіродинаміка. Моделювання структур речовини і полів на основі уявлень про газоподібний ефір». М., Енергоатоміздат, 1990, 280 с), ефір - реальний газ тонкої структури, що стискається і в'язкий. Правда, його в'язкість досить невелика, і на уповільненні планет це практично не позначається, але при великих швидкостях вона відіграє помітну роль. Тиск ефіру величезний, більш ніж 2 х 10 - 29 атм (2 х 10 - 32 Н/кв. м), щільність - 8,85 х 10 - 12 кг/куб. м (в навколоземному просторі). І як з'ясувалося, у ньому існує природний процес, який може постачати нам необмежену кількість енергії в будь-якій точці простору порціями будь-якої величини... Йдеться про вихори.

Звідки звичайні смерчі черпають кінетичну енергію? Вона утворюється спонтанно з потенційної енергії атмосфери. І зауважте: якщо останньою скористатися практично не можна, то першою можна, наприклад, змусивши смерч обертати турбіну. Всі знають, що смерч нагадує хобот - товщі в основі. Розбір цієї обставини показав, що стискається тиском атмосфери. Зовнішнє по відношенню до нього тиск змушує частинки газу в тілі смерчу рухатися спіраллю в процесі стиснення. Різниця сил тиску - зовнішнього та внутрішнього (плюс відцентрова сила) дає проекцію результуючої сили на траєкторію руху частинок газу (рис.1) і змушує прискорюватися їх у тілі смерчу. Воно потоншується, а швидкість руху його стінки зростає. При цьому діє закон збереження моменту кількості руху mrv = const і чим сильніше стиснутий смерч, тим більша швидкість руху. Таким чином, над кожним смерчем трудиться вся атмосфера планети; в основі його енергії лежить щільність повітря, що дорівнює 1 кг/куб. м, і тиск, що дорівнює 1 атм (10 5 Н/кв. м). А в ефірі щільність на 11 порядків менша, зате тиск на 29 (!) порядків вищий. І в ефірі також є свій механізм, здатний постачати енергію. Це – ШМ, кульова блискавка.

Ефіродинамічна модель ШМ єдина (!), здатна пояснити разом її особливості. І чого сьогодні не вистачає для отримання з ефіру екологічно чистої енергії – так навчитися створювати штучні ШМ. Зрозуміло, після того, як навчимося створювати умови виховання в ефірі. А ось цього ми не те що не вміємо, а й не уявляємо, з якого боку підступитися. Надзвичайно міцний горішок! Обнадіює одне: адже природа якимось чином примудряється їх створювати, ці ШМ! А якщо так, то, можливо, колись хитрощімо і ми. І тоді відпаде необхідність у всяких там АЕС, ГЕС, ТЕС, ПЕМ, ВЕС, СЕС та інших ЕС. Маючи будь-де будь-яку бажану кількість енергії, людство зовсім інакше підійде до вирішення екологічних проблем. Звичайно, за умови, що йому доведеться мирно уживатися на своїй планеті, а те, чого доброго, не лише рідну Землю рознесуть, а й усю Сонячну систему! Бачите, і з енергією питання може бути вирішене. При цьому зверніть увагу на важливу деталь – при такому способі не потрібно буде прискорювати та уповільнювати ту масу пального, яка нині багато в чому визначає масу корабля.

Ну, а сам міжзоряний корабель, як він має бути влаштований? Та хоча б у вигляді вже звичної «літаючої тарілки». (Мал. 2.) У її передній частині є два «ефірозабірники», що поглинають ефір з навколишнього простору. За ними знаходяться камери вихроутворення, в яких потоки ефіру закручуються та самоущільнюються. Далі по вихрепроводах ефірні смерчі перетворюються в камеру анігіляції, де вони (з однаковими гвинтовими рухами, але спрямованими протилежно; анігілюють один з плугом. Ущільнений ефір не стримується більш прикордонним шаром і вибухає, розлітаючись на всі боки. Назад відкидається реактивна потік, що захоплює весь корабель і тіло космонавта, яке пришвидшується без деформацій, і корабель летить випереджаючи світло, у звичайному евклідовому просторі та у звичайному часі.

А як же бути з парадоксами близнюків, збільшенням маси та скороченням довжин? А ніяк. Постулати – вони і є постулати – вільні вигадки, плоди вільної фантазії. І вони мають бути відмічені разом із «теорією», яка їх породила. Бо якщо людству настав час вирішувати прикладні завдання, то його не повинні зупиняти жодні роздуті авторитети з їхніми умоглядними шлагбаумами.

Примітка. Згадані книги можна замовити на адресу: 140160, м. Жуковський Московської обл., а/с 285.