Могут ли межзвездные перелеты превратиться из несбыточной мечты в реальную перспективу?

Ученые всего мира говорят, что человечество все дальше продвигается в освоении космоса, появляются все новые открытия и технологии. Однако о межзвездных перелетах людям приходится пока еще только мечтать. Но так ли недостижима и нереальна эта мечта? Чем располагает человечество сегодня и каковы перспективы на будущее?

По оценкам специалистов, если прогресс не застопорится на месте, то на протяжении одного или двух веков, человечество сможет исполнить свою мечту. Сверхмощный телескоп «Кеплер» в свое время позволил астрономам обнаружить 54 экзопланеты, где не исключено развитие жизни, а сегодня уже подтверждено существование 1028 таких планет. Эти планеты, обращающиеся вокруг звезды за пределами Солнечной системы, находятся на таком отдалении от центральной звезды, что на их поверхности возможно поддержание воды в жидком состоянии.

Однако получить ответ на главный вопрос — одиноко ли человечество во Вселенной — пока невозможно из-за гигантских расстояний до ближайших планетных систем. Множество экзопланет, на расстояние ста и менее световых лет от Земли, а также громадный научный интерес, который они вызывают, заставляют взглянуть на идею межзвездных перелетов совершенно по-иному.

Полет к другим планетам будет зависеть от разработки новых технологий и выбора способа, который необходим для достижения такой далекой цели. А пока выбор еще не сделан.

Для того чтобы земляне смогли преодолевать невероятно огромные космические расстояния, причем за сравнительно короткий срок, инженерам и космологам придется создать принципиально новый двигатель. Говорить о межгалактических перелетах пока рано, но человечество могло бы исследовать – Млечный путь, галактику, в которой находится Земля и Солнечная система.

Галактика Млечный путь насчитывает около 200 – 400 миллиардов звезд, вокруг которых по своим орбитам движутся планеты. Ближе всех к Солнцу находится звезда под названием Альфа Центавра. Расстояние до нее примерно сорок триллионов километров или 4,3 световых года.

Ракете с обычным двигателем придется лететь до нее примерно 40 тысяч лет! Пользуясь формулой Циолковского легко подсчитать, что для того, чтобы разогнать космический аппарат с реактивным двигателем на ракетном топливе до скорости в 10% от скорости света, нужно больше горючего, чем его имеется на всей Земле. Поэтому говорить о космической миссии при современных технологиях, это полный абсурд.

Как считают ученые, будущие космические звездолеты смогут летать с использованием термоядерного ракетного двигателя. Реакция термоядерного синтеза позволяет производить энергию на единицу массы в среднем почти в миллион раз больше, чем при химическом процессе сгорания.

Как раз поэтому в 1970 годах группа инженеров совместно с учеными разработали проект гигантского межзвездного корабля с термоядерной двигательной установкой. Беспилотный космический корабль Дедал предполагалось оборудовать импульсным термоядерным двигателем. Небольшие гранулы должны были вбрасываться в камеру сгорания и воспламеняться пучками мощных электронных лучей. Плазма, как продукт термоядерной реакции, вылетающая из сопла двигателя, придает тяговое усилие кораблю.

Предполагалось, что Дедал должен был лететь к звезде Барнарда, путь до которой составляет шесть световых лет. Громаднейший космический корабль добрался бы до нее за 50 лет. И хотя проект не был осуществлен, до сегодняшнего дня нет более реального технического проекта.

Другим направлением в технологии создания межзвездных кораблей является солнечный парус. Использование солнечного паруса рассматривается сегодня как самый перспективный и реалистичный вариант звездолёта. Превосходство солнечного парусника в том, что на борту не нужно топливо, а это значит, что намного возрастет полезная нагрузка по сравнению с другими космическими кораблями. Уже сегодня существует возможность постройки межзвездного зонда, где давление солнечного ветра будет основным источником энергии корабля.

О серьезности намерений освоения межпланетных полетов говорит проект, который разрабатывается с 2010 года в одной из основных научных лабораторий НАСА. Ученые работают над проектом по подготовке в течение ближайших ста лет пилотируемого полета к другим звездным системам.

Мы познакомились с возможными физическими различиями между нами и нашими космическими собратьями. Теперь приступим к тому, что может оказаться для нас более существенным, - к интеллектуальным различиям. Эту проблему можно сформулировать так.

Загадка 1. Обогнали нас в своем развитии другие цивилизации или они отстали от нас?

Допустим, что в нашей Галактике по меньшей мере миллион «двойников» Земли, на которых существует разумная жизнь. Они образовались в различные эпохи - на миллионы лет раньше или позже нашей, - и, следовательно, находятся на разных ступенях развития. Времена динозавров, доисторического человека, ранней Римской империи - все эти эпохи истории Земли в настоящее время, возможно, «копируются», причем одновременно на нескольких планетах. Не исключено, что в свою очередь мы на Земле переживаем сейчас эру, которую другие миры миновали тысячи или даже миллионы лет назад.

Много ли цивилизаций превзошло нас в своем развитии? И насколько? То, что говорит по этому поводу Позин, отнюдь не утешительно для нашей гордости. Земля не может войти в число цивилизаций высокой или даже средней степени развития. Скорее всего мы занимаем ступень, не слишком далекую от нижнего конца эволюционной шкалы. Это вытекает из простой и, как нам кажется, неоспоримой логики.

Астрономы считают, что энергии нашего Солнца хватит по крайней мере на 10 млрд. лет. Сложив это число с возрастом Земли, оцениваемым в 5 млрд. лет, получим полное время существования Земли - 15 млрд. лет. Прошло 2,5 млрд. лет до зарождения жизни на Земле, и еще столько же - до появления человека, что в сумме составляет 1 / 3 от «выделенных» на долю Земли 15 млрд. лет. Человек, следы нецивилизованного предшественника которого удается проследить лишь на миллион лет назад, вышел из пещер и начал приобщаться к цивилизации самое большее 12 000 лет назад. Следовательно, для дальнейшего развития человечества остается 10 млрд. лет.

Если «продолжительность жизни» миллиона других планет, подобных Земле, также составляет 15 млрд. лет, их средний возраст - 7,5 млрд. лет, а средний возраст цивилизаций - 2,5 млрд. лет. Но около половины этих «двойников» Земли, то есть примерно 500 000 планет, еще старше.

Поскольку мы находимся вблизи самой нижней ступеньки малоразвитой половины, мы, вероятно, превосходим в своем развитии приблизительно 50 000 цивилизаций, но уступаем 950 000 других. Те, возраст которых 10 млрд. лет (подумать только - миллионы веков!) и которые достигли невообразимых высот в умственном развитии, вне всяких сомнений, поставили бы нас, землян, не выше искусных муравьев, живущих колониями и обнаруживающих сомнительный интеллект.

Однако наши подсчеты обитаемых миров могут оказаться ошибочными. Не исключено, что на многих планетах условия препятствуют возникновению жизни. Вероятно, что некоторые цивилизации в процессе эволюции столкнулись с препятствиями и смогли нормально развиваться лишь после длительной задержки. Часть звезд преждевременно вспыхнули как новые, нанеся тем самым непоправимый ущерб обитаемым планетам, которые обращаются вокруг них. И кто знает, сколько цивилизаций погибло в огне атомных войн?

Но даже сотни и тысячи подобных ограничений ненамного уменьшат число цивилизаций, которые старше и, по-видимому, умнее нашей. Независимо от того, как мы к этому относимся, Земля находится, вероятно, на уровне примитивной космической культуры. Существуют многие тысячи цивилизаций, которые опережают нас на большее число лет, чем требуется свету для преодоления разделяющего нас расстояния.

Загадка 2. Посещалась ли Земля инопланетными существами, которые наблюдали за нами при помощи летающих тарелок?

Большинство ученых сразу же скептически улыбнутся, услышав о летающих тарелках.

По заявлениям авторитетных специалистов, в большинстве случаев летающие тарелки всего лишь игра воображения. Особенно это относится к так называемым контактным неотождествленным летающим объектам (НЛО), которые якобы запущены с Марса, Венеры или других планет и регулярно совершают посадку на свои базы. Некоторые из них объявляли межзвездными космическими кораблями, что вызвало оживленные дискуссии об экзотических переживаниях их экипажей.

Но нельзя совершенно не учитывать мнения тех, кто считает, что НЛО, даже если они и не садились на Землю, появлялись в нашем небе. После первого сообщения Арнольда в 1947 г. специальными поисковыми группами было зарегистрировано свыше 20 000 случаев появления летающих тарелок - странных образований необычной формы либо накаленных добела объектов, мчащихся в воздухе с огромными скоростями. Ряд заслуживающих доверия специалистов - летчики, операторы радаров и даже некоторые ученые - утверждали, что они не раз наблюдали такие явления.

Главное, что показала вся кампания по проверке реальности НЛО, - это то, что в течение более чем 15 лет не было представлено ни одного убедительного доказательства их существования. Приверженцы НЛО утверждают, что некоторые фотографии осколков «взорвавшихся тарелок», странного пепельного следа позади подозрительного объекта и другие косвенные свидетельства подтверждают существование инопланетных посланцев. Но ни одно из этих «доказательств» неприемлемо ни для автора книги, ни для научной общественности в целом.

Приверженцы «летающих тарелок» позволяют себе произвольное истолкование то одного, то другого факта - и всегда в свою пользу. Если бы кто-нибудь вдруг объявил, что Земля полая, сторонники летающих тарелок были бы среди тех, кто потребовал бы доказательств. Они отвергли бы интерпретацию сейсмических записей как исчезновение звуковых волн в гигантской полости на глубине, скажем, 800 км . Они спрашивали бы, почему сотни опытных сейсмологов не получили таких результатов, и были бы совершенно правы, не признавая этой дикой теории, основанной на шатких доказательствах, приводимых ничтожной группкой фанатиков, отстаивающих свою модель полой Земли. Однако сами сторонники «летающих тарелок», по-видимому, неспособны понять порочность своей позиции, самоуверенно выдвигая легковесные и необъективные доводы.

Если в один прекрасный день летающая тарелка приземлится и весь мир увидит своими глазами, что из нее вышел космонавт с другой планеты, то ученые - и вместе с ними автор - признают свою ошибку.

Поскольку развитие техники орбитальных полетов приведет к полетам на Луну и к появлению обитаемых космических станций, наши космонавты со временем смогут ответить на вопрос, одни ли они в космосе. Не в меру фанатичные сторонники «летающих тарелок», требующие уже сегодня опознания в подозрительных объектах космических гостей, должны набраться терпения, а пока их требования совершенно беспочвенны. Если бы пришельцы имели какую-то определенную цель, скажем завоевание Земли, то, располагая чрезвычайно развитой техникой, в том числе «летающими тарелками», они давно бы ее осуществили.

Другой аргумент: пилоты намеренно предпочитают наблюдать нас издалека, так как опасаются, что их приземление вызовет панику среди обитателей Земли и, возможно, угрозу космической войны. Это попытка объяснить немаловажный факт, что ни один из кораблей-тарелок ни разу не опустился на Землю и его экипаж не вступил с нами, обитателями Земли, в прямой контакт.

Конечно, можно предполагать, что пришельцы из других миров в прошлом посещали Землю. Достаточно вспомнить, что за 10 млрд. лет многие цивилизации могли достигнуть необычайно высокого уровня развития космической техники, чтобы согласиться с возможностью многократных посещений Земли, разделенных интервалами в миллион лет. Такие визиты отнюдь не кажутся фантастическими теперь, когда человек сам готов посетить Луну и другие планеты и уже мечтает о полетах к звездам.

Итак, логика почти неумолимо подсказывает нам, что в исследовании Галактики сейчас принимают участие тысячи цивилизаций и, быть может, светофоры, регулирующие это удивительное «космическое движение», управляются из единого центра.

Загадка 3. Существует ли Космическая организация объединенных цивилизаций?

Фантазия? Но почему же, если в Галактике по крайней мере миллион обитаемых планет? Если большинство цивилизаций перегнали нас в своем развитии и уже давно разослали по всем направлениям межзвездные корабли, они рано или поздно должны были встретиться друг с другом. Возможно, имели место настоящие «войны миров» и возникали империи, военными трофеями которых были отдельные планеты. И все остальные темные деяния, совершенные человеком на Земле, могут повториться в космическом масштабе.

Вероятно, была бы разработана система космического права и образована галактическая ассамблея, включающая как представителей передовых цивилизаций, так и малоразвитых новичков. Ее сессии могут принимать резолюции, направленные на сохранение мира и сокращение разрыва в уровне развития цивилизаций, разделенных многими световыми годами.

Начало Организации объединенных цивилизаций было бы положено миллионы лет назад. И, когда делегаты нашей солнечной системы прибудут на «многолюдную» ассамблею и с изумлением оглядят инопланетных дипломатов, Земля будет одним из последних членов, только что достигших галактического статута и вышедших из числа слаборазвитых планет.

Самые видные ученые Земли не видят в этой идее ничего антинаучного, и Хойл совершенно серьезно говорит о «межзвездном клубе», в который когда-нибудь будет приглашено и человечество.

Объединение усилий различных цивилизаций для решения общегалактических задач и развития техники (начавшееся, вероятно, еще до появления на Земле первого микроорганизма), несомненно, привело бы к планомерным поискам отсталых цивилизаций, которым еще недоступны межзвездные полеты. Если на обнаруженной планете пока нет разумных существ или их культура еще слишком примитивна для решения настоящих космических задач, такая планета не может быть сочтена кандидатом в члены сообщества. Земля оказалась бы такой планетой.

Но нет никакой уверенности в том, что высокоразвитые в области космической техники, но еще не достигшие социальной зрелости цивилизации не попытались бы завоевать другие планеты. Вполне возможно, что некоторые из наших древних и самых живучих легенд обязаны своим появлением вторжению космических пришельцев.

Например, гибель легендарной Атлантиды в океане была безжалостным актом, который космические конкистадоры совершили после ее ограбления (золото, бриллианты, уран или даже железо - редкий и потому бесценный металл на их планете), скрыв следы своего преступления от бдительных патрулей «гуманной» группы цивилизаций.

Загадка 4. Был ли Тунгусский метеорит космическим кораблем с экипажем?

В июне 1908 г. на территорию Восточной Сибири упал гигантский метеорит, шум падения которого был слышан в радиусе 300 км . В отличие от Аризонского и Чаббского метеоритов он не образовал кратера, однако мощная воздушная волна повалила деревья в радиусе 80 км , как будто метеорит взорвался в воздухе еще до падения на поверхность. Но несколько экспедиций в район падения, организованных Академией наук СССР, не нашли крупных осколков гигантского метеорита, которые должны были бы упасть на Землю.

Были выдвинуты две теории, каждая из которых считает взорвавшийся объект искусственным, а именно кораблем другого мира.

Согласно первой теории, это был космический корабль с термоядерным двигателем, взорвавшийся при попытке приземлиться. Это объяснило бы огромную мощность взрывной волны; но уровень радиоактивности в области падения слишком мал, что не согласуется с этой теорией. Энергии при взрыве ядерного двигателя космического корабля, эквивалентной по меньшей мере тысяче водородных бомб, было бы достаточно, чтобы район взрыва на сотни лет превратился в атомную пустыню. Но в настоящее время эта область тайги покрыта буйной растительностью.

Другое предположение сводится к тому, что корабль прилетел из антимира. За последнее десятилетие физики-ядерщики для каждой известной элементарной частицы теоретически предсказали античастицу и многие из них уже получили экспериментально. Отрицательно заряженному электрону соответствует положительно заряженный антиэлектрон, или позитрон, протону - антипротон, нейтрону - антинейтрон и так далее для более чем тридцати частиц.

При встрече любой частицы со своей античастицей происходит их исчезновение, аннигиляция, и вся масса превращается в излучение с выделением энергии, в тысячу раз большей, чем при реакциях расщепления или синтеза атомных ядер.

Античастицы необычны только в мире нормальных частиц, а в антимире те и другие меняются ролями. Но, так как впервые античастицы были открыты в составе космических лучей, которые сыплются дождем из межзвездного пространства, разумен вопрос: а почему бы не существовать целым звездам и даже галактикам, состоящим из антивещества?

Пока галактики и «антигалактики» разделены огромными расстояниями, они могут существовать, не вызывая гибель друг друга. Однако не исключено, что излучение сталкивающихся галактик (например, в созвездии Лебедя) обязано своей огромной мощностью катастрофическим процессам аннигиляции звезд и «антизвезд».

Теперь легко видеть, какая страшная драма могла разыграться над поверхностью Земли. Проведя в пути долгие годы, возможно всю жизнь, преодолев расстояние от одной звезды до другой, неизвестные астронавты, убедившись в том, что Земля обитаема, с нетерпением готовились к посадке. Но при погружении в плотные слои земной атмосферы (на высоте около 80 км ) антивещество их корабля вступило в реакцию с газами атмосферы - и звездное путешествие закончилось чудовищной вспышкой.

Этот сверхвзрыв не рассеял атомов «на ветер». Они аннигилировали, и при этом выделилась энергия, во много раз превосходящая энергию термоядерного взрыва. Могила космонавтов отмечена лишь сплошь поваленным лесом, и не осталось никаких следов самих пришельцев или их корабля.

Эта теория великолепно объясняет загадку Тунгусского метеорита и, если она соответствует действительности, предлагает нам пример одного из редких визитов из космоса.

И все-таки это только догадки; пока никто не может дать нам ответа на вопрос, посещалась ли Земля гостями из Космоса.

Загадка 5. Станет ли космический корабль с Земли загадочной «летающей тарелкой» для жителей другой планеты?

Ближайшая к нам планетная система звезды Проксимы Центавра по крайней мере в 7500 раз дальше Плутона, на расстоянии 42 триллиона км . (Конечно, у Проксимы Центавра может вообще не быть планет, а если и есть, то они могут оказаться необитаемыми.) Трудно представить себе те огромные расстояния, которые разделяют Солнце и ближайшие звезды.

В сфере радиусом 12 световых лет (113 триллионов км ) насчитывается 18 звезд, видимых невооруженным глазом, включая две всем хорошо известные - Сириус и Процион. Очевидно, для посещения любой из этих звезд межпланетные корабли непригодны. Даже если ракета разовьет скорость 1600 км/сек и пересечет орбиту Плутона через 40 часов с момента старта, для достижения Проксимы Центавра ей потребуется 3000 лет . Следовательно, необходимы значительно более быстрые межзвездные корабли. Но даже увеличение скорости в 10 раз сократит время путешествия лишь до 300 лет. Чтобы межзвездные полеты стали возможными, скорость ракеты должна приблизиться к скорости света. Космический корабль, летящий со скоростью света (300 000 км/сек ), достиг бы Плутона всего за пять часов, а звезды ближайшей соседки Проксима Центавра - за 38 000 часов или 4,3 года. Ракеты на химическом топливе не годятся, так как для развития скорости, хотя бы равной малой доле скорости света, необходимы резервуары для горючего размером с астероиды. Ракеты с ядерными и так называемыми электростатическими ионными двигателями могли бы развить большую, но опять-таки недостаточную скорость.

Только совершенно новые типы двигателей обеспечат нас настоящими межзвездными кораблями. Среди них, возможно, будет фотонная ракета.

Подобно тому как в электростатическом ракетном двигателе источником тяги служит поток ионов высокой скорости, фотонный двигатель излучает мощный пучок световых квантов, обеспечивающий реактивную силу. Правда, некоторые специалисты по ракетной технике считают, что эти проекты нереальны, ибо потребовался бы фотонный генератор невероятных размеров и мощности.

В последние годы бурно развиваются лазеры . Эти приборы генерируют необычайно мощные пучки излучения (видимого, ультрафиолетового или инфракрасного). Ежедневно мы слышим и читаем сообщения о новых подвигах лазеров: ими в доли секунды прожигают отверстия в алмазах, режут пластинки стали. Инженеры не сомневаются, что им удастся в конце концов сосредоточить в луче лазера мощность, измеряемую миллионами ватт.

Космический корабль, оснащенный лазерным фотонным двигателем, способен развивать скорость, равную 90 % скорости света. Тогда путешествие до Проксимы Центавра займет меньше пяти, а до Сириуса (расстояние 8,6 световых лет) - около девяти лет. Если бы космонавты добровольно согласились провести свою жизнь на борту космического корабля, то можно было бы посетить все звезды в радиусе 25 световых лет в надежде найти другую планетную систему и один из миллионов «двойников» Земли, населенный разумными существами.

Но поможет ли это?..

Загадка 6. Какова вероятность обнаружить жизнь в «ближайших» окрестностях Солнца, доступных фотонной ракете?

Из всего сказанного выше следует, что эта вероятность практически равна нулю. Если оценка Струве верна и число подобных Земле планет в нашей Галактике действительно составляет один миллион, то это означает, что в среднем из 200 000 звезд только одной посчастливилось быть обладательницей семейства планет. К сожалению, как следует из расчетов Хорнера (Гейдельбергская обсерватория), в сфере радиусом 160 световых лет содержится всего 10 звезд с планетными системами. Значит, только при фантастическом везении «поблизости» от нас существует звезда, - может быть даже, это Проксима Центавра - с обитаемой планетой.

Если увеличить оценку Струве в 100 раз, то нашим космонавтам придется обследовать 2000 звезд, прежде чем найдется одна с обитаемой планетой. Более того, их путешествие будет продолжаться по меньшей мере 100 лет - больше продолжительности их жизни. Итак, из-за значительной длительности полетов, казалось бы, невозможно успешно справиться с задачей поисков братских миров. Очевидно, космонавтам не хватит жизни, чтобы преодолеть даже десятую часть пути к столь далеким звездам, а тем более посетить их и возвратиться на Землю.

Однако одно обстоятельство отодвигает этот временнóй барьер.

Загадка 7. Смогут ли космонавты преодолеть расстояние в 1000 световых лет за один год?

Если бы космический корабль смог развить скорость, равную, скажем, 99 % скорости света или больше, знаменитый парадокс «замедления времени» теории относительности Эйнштейна устранил бы временной барьер. Теоретически для человека, движущегося вместе с ракетой с такой скоростью, время в буквальном смысле замедлит ход.

В то время как часы на Земле отсчитают 1000 лет, для команды корабля пройдет 10 лет, а то и меньше, в зависимости от того, насколько его скорость близка к скорости света. Поэтому, достигнув планеты, они станут старше лишь на несколько лет. Возвращаясь с той же скоростью, они прилетят на Землю мало постаревшими, но не найдут своих родных и друзей, давно уже умерших.

Загадка 8. Сможет ли человек посещать другие миры на сверхсветовых кораблях?

Из теории относительности следует, что, если скорость тела стремится к скорости света (которая предполагается постоянной), его масса стремится к бесконечности, так что физически невозможно продолжать ускорение объекта до более высокой скорости.

Но если бы скорость света перестала играть роль сдерживающего фактора для наших космических кораблей, то солнечная система стала бы прудом, Млечный Путь - озером, межгалактическое пространство - морем, а вся Вселенная - океаном. Достаточно большая скорость сократит продолжительность путешествий со столетий до нескольких месяцев и лет.

Однако преодоление космических расстояний - чудовищно трудная задача. Даже световой год - недостаточно большая единица, когда приходится иметь дело с удаленными объектами. Все звезды, видимые на ночном небе, находятся в нашей Галактике в пределах 100 000 световых лет. Но уже ближайшая галактика в созвездии Андромеды удалена от нас на 2 300 000 световых лет, а другие миллионы и миллионы галактик - на миллиарды световых лет. Астрономам неудобно пользоваться этой единицей, и они ввели новую - парсек .

Слово «парсек» образовано из начальных слогов двух слов - параллакс и секунда. Параллакс - это величина углового смещения изображения звезды относительно звездного фона при наблюдении из диаметрально противоположных точек земной орбиты, расстояние между которыми 300 млн. км . Если параллакс (видимое смещение) равен 1 секунде дуги, то расстояние до наблюдаемого объекта равно 1 парсеку. Один парсек соответствует 3,26 световых года, или 31 триллиону км . Как видно, парсек ненамного больше светового года, поэтому астрономы часто пользуются производными от парсека единицами - килопарсеком (1000 парсек) и мегапарсеком (1 000 000 парсек). Туманность Андромеды отстоит от нас на 700 килопарсек, а группа галактик в созвездии Волос Вероники - на 25 мегапарсек (почти 90 000 000 световых лет).

При помощи радиотелескопов и 5-метрового Паломарского рефлектора границы наблюдаемой Вселенной были раздвинуты до 7,5 млрд. световых лет, то есть до 2300 мегапарсек. Таким образом, мегапарсек как единица расстояния тоже становится непригодной, и некоторые астрономы делают еще один шаг вперед и определяют размеры видимой части Вселенной величиной 2,3 гигапарсек (приставка гига означает миллиард).

Скорость, которая потребовалась бы для полета к самым далеким из известных галактик, выражается фантастическим числом; расстояние получается умножением 7,5 млрд. световых лет на тот путь, который проходит свет за год (10 триллионов км ), и составляет 75 · 10 21 км . Двигаясь в миллион раз быстрее света, космический корабль достиг бы столь удаленных объектов лишь через 750 лет.

Очевидно, даже устранение всех релятивистских ограничений не сделает приятной прогулкой такие полеты в Большой Вселенной и даже сверхсветовые корабли позволят исследовать лишь нашу собственную сравнительно небольшую Галактику и вряд ли - объекты за ее пределами.

Это в какой-то степени ответ тем, кто созерцая мириады миров, возможно обитаемых, спросит, подобно Теллеру: «Где же вы?» Нас могли бы посетить на сверхскоростных ракетах только уроженцы нашей Галактики, и даже тогда им пришлось бы потрудиться, чтобы среди каждых 200 000 звезд найти одну, окруженную планетами. Отсюда логически следует вывод, что любая планета, в том числе и Земля, не будет посещаться слишком часто за все 10 млрд. лет существования жизни.

Солнечная система уже давно не представляет особого интереса для фантастов. Но, что удивительно, и у некоторых ученых наши «родные» планеты не вызывают особого вдохновения, хотя они еще практически не исследованы.

Едва прорубив окно в космос, человечество рвется в неведомые дали, причем уже не только в мечтах, как раньше.
Еще Сергей Королев обещал в скором времени полеты в космос «по профсоюзной путевке», но этой фразе уже полвека, а космическая одиссея по-прежнему удел избранных - слишком дорогое удовольствие. Однако же два года назад HACA запустило грандиозный проект 100 Year Starship, который предполагает поэтапное и многолетнее создание научного и технического фундамента для космических полетов.

Эта беспрецедентная программа должна привлечь ученых, инженеров и энтузиастов со всего мира. Если все увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный корабль, а по Солнечной системе мы будем перемещаться, как на трамваях.

Так какие же проблемы нужно решить, чтобы звездные полеты стали реальностью?

ВРЕМЯ И СКОРОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНЫ

Звездоплавание автоматических аппаратов кажется некоторым ученым почти решенной задачей, как это ни странно. И это при том, что совершенно нет никакого смысла запускать автоматы к звездам с нынешними черепашьими скоростями (примерно 17 км/с) и прочим примитивным (для таких неведомых дорог) оснащением.

Сейчас за пределы Солнечной системы ушли американские космические аппараты «Пионер-10» и «Вояджер-1», связи с ними уже нет. «Пионер-10» движется в сторону звезды Альдебаран. Если с ним ничего не случится, он достигнет окрестностей этой звезды... через 2 миллиона лет. Точно так же ползут по просторам Вселенной и другие аппараты.

Итак, независимо от того, обитаем корабль или нет, для полета к звездам ему нужна высокая скорость, близкая к скорости света. Впрочем, это поможет решить проблему полета только к самым близким звездам.

«Даже если бы мы умудрились построить звездный корабль, который сможет летать со скоростью, близкой к скорости света, - писал К. Феоктистов, - время путешествий только по нашей Галактике будет исчисляться тысячелетиями и десятками тысячелетий, так как диаметр ее составляет около 100 000 световых лет. Но на Земле-то за это время пройдет намного больше».

Согласно теории относительности, ход времени в двух движущихся одна относительно другой системах различен. Так как на больших расстояниях корабль успеет развить скорость очень близкую к скорости света, разница во времени на Земле и на корабле будет особенно велика.

Предполагается, что первой целью межзвездных полетов станет альфа Центавра (система из трех звезд) - наиболее близкая к нам. Со скоростью света туда можно долететь за 4,5 года, на Земле за это время пройдет лет десять. Но чем больше расстояние, тем сильней разница во времени.

Помните знаменитую «Туманность Андромеды» Ивана Ефремова? Там полет измеряется годами, причем земными. Красивая сказка, ничего не скажешь. Однако эта вожделенная туманность (точнее, галактика Андромеды) находится от нас на расстоянии 2,5 миллиона световых лет.

По некоторым расчетам, путешествие займет у космонавтов более 60 лет (по звездолетным часам), но на Земле-то пройдет целая эра. Как встретят космических «неадертальцев» их далекие потомки? Да и будет ли жива Земля вообще? То есть возвращение в принципе бессмысленно. Впрочем, как и сам полет: надо помнить, что мы видим галактику туманность Андромеды такой, какой она была 2,5 млн лет назад - столько идет до нас ее свет. Какой смысл лететь к неизвестной цели, которой, может, уже давно и не существует, во всяком случае, в прежнем виде и на старом месте?

Значит, даже полеты со скоростью света обоснованны только до относительно близких звезд. Однако аппараты, летящие со скоростью света, живут пока лишь в теории, которая напоминает фантастику, правда, научную.

КОРАБЛЬ РАЗМЕРОМ С ПЛАНЕТУ

Естественно, в первую очередь ученым пришла мысль использовать в двигателе корабля наиболее эффективную термоядерную реакцию - как уже частично освоенную (в военных целях). Однако для путешествия в оба конца со скоростью, близкой к световой, даже при идеальной конструкции системы, требуется отношение начальной массы к конечной не менее чем 10 в тридцатой степени. То есть звездолет будет походить на огромный состав с топливом величиной с маленькую планету. Запустить такую махину в космос с Земли невозможно. Да и собрать на орбите - тоже, недаром ученые не обсуждают этот вариант.

Весьма популярна идея фотонного двигателя, использующего принцип аннигиляции материи.

Аннигиляция - это превращение частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных. Наиболее изучена аннигиляция электрона и позитрона, порождающая фотоны, энергия которых и будет двигать звездолет. Расчеты американских физиков Ронана Кина и Вей-мин Чжана показывают, что на основе современных технологий возможно создание аннигиляционного двигателя, способного разогнать космический корабль до 70% от скорости света.

Однако дальше начинаются сплошные проблемы. К сожалению, применить антивещество в качестве ракетного топлива очень непросто. Во время аннигиляции происходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, губительного для космонавтов. Кроме того, контакт позитронного топлива с кораблем чреват фатальным взрывом. Наконец, пока еще нет технологий для получения достаточного количества антивещества и его длительного хранения: например, атом антиводорода «живет» сейчас менее 20 минут, а производство миллиграмма позитронов обходится в 25 миллионов долларов.

Но, предположим, со временем эти проблемы удастся разрешить. Однако топлива все равно понадобится очень-очень много, и стартовая масса фотонного звездолета будет сравнима с массой Луны (по оценке Константина Феоктистова).

ПОРВАЛИ ПАРУС!

Наиболее популярным и реалистичным звездолетом на сегодняшний день считается солнечный парусник, идея которого принадлежит советскому ученому Фридриху Цандеру.

Солнечный (световой, фотонный) парус - это приспособление, использующее давление солнечного света или лазера на зеркальную поверхность для приведения в движение космического аппарата.
В 1985 году американским физиком Робертом Форвардом была предложена конструкция межзвездного зонда, разгоняемого энергией микроволнового излучения. Проектом предусматривалось, что зонд достигнет ближайших звезд за 21 год.

На XXXVI Международном астрономическом конгрессе был предложен проект лазерного звездолета, движение которого обеспечивается энергией лазеров оптического диапазона, расположенных на орбите вокруг Меркурия. По расчетам, путь звездолета этой конструкции до звезды эпсилон Эридана (10,8 световых лет) и обратно занял бы 51 год.

«Маловероятно, что по данным, полученным в путешествиях по нашей Солнечной системе, мы сможем существенно продвинуться вперед в понимании мира, в котором мы живем. Естественно, мысль обращается к звездам. Ведь раньше подразумевалось, что полеты около Земли, полеты к другим планетам нашей Солнечной системы не являются конечной целью. Проложить дорогу к звездам представлялось главной задачей».

Эти слова принадлежат не фантасту, а конструктору космических кораблей и космонавту Константину Феоктистову. По мнению ученого, ничего особо нового в Солнечной системе уже не обнаружится. И это при том, что человек пока долетел только до Луны...

Однако за пределами Солнечной системы давление солнечного света приблизится к нулю. Поэтому существует проект разгона солнечного парусника лазерными установками с какого-нибудь астероида.

Все это пока теория, однако первые шаги уже делаются.

В 1993 году на российском корабле «Прогресс М-15» в рамках роекта «Знамя-2» был впервые развернут солнечный парус 20-метровой ширины. При стыковке «Прогресса» со станцией «Мир» ее экипаж установил на борту «Прогресса» агрегат развертывания отражателя. В итоге отражатель создал яркое пятно 5 км в ширину, которое прошло через Европу в Россию со скоростью 8 км/с. Пятно света имело светимость, примерно эквивалентную полной Луне.

Итак, преимущество солнечного парусника - отсутствие топлива на борту, недостатки - уязвимость конструкции паруса: по сути, это тонкая фольга, натянутая на каркас. Где гарантия, что по дороге парус не получит пробоин от космических частиц?

Парусный вариант может подойти для запуска автоматических зондов, станций и грузовых кораблей, но непригоден для пилотируемых полетов с возвратом. Существуют и другие проекты звездолетов, однако они, так или иначе, напоминают вышеперечисленные (с такими же масштабными проблемами).

СЮРПРИЗЫ В МЕЖЗВЕЗДНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

Думается, путешественников во Вселенной поджидает множество сюрпризов. К примеру, едва высунувшись за пределы Солнечной системы, американский аппарат «Пионер-10» начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую слабое торможение. Высказывалось много предположений, вплоть до о неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Однозначного объяснения этому феномену до сих пор нет, рассматриваются самые различные гипотезы: от простых технических (например, реактивная сила от утечки газа в аппарате) до введения новых физических законов.

Другой аппарат, «Вояд-жер-1», зафиксировал на границе Солнечной системы область с сильным магнитным полем. В нем давление заряженных частиц со стороны межзвездного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Также аппарат зарегистрировал:

• рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвездного пространства;
• резкий рост уровня галактических космических лучей - высокоэнергетических заряженных частиц межзвездного происхождения.

И это только капля в море! Впрочем, и того, что сегодня известно о межзвездном океане, достаточно, чтобы поставить под сомнение саму возможность бороздить просторы Вселенной.

Пространство между звездами не пустое. Везде есть остатки газа, пыли, частицы. При попытке движения со скоростью, близкой к скорости света, каждый столкнувшийся с кораблем атом будет подобен частице космических лучей большой энергии. Уровень жесткой радиации при такой бомбардировке недопустимо повысится даже при полетах к ближайшим звездам.

А механическое воздействие частиц при таких скоростях уподобится разрывным пулям. По некоторым расчетам, каждый сантиметр защитного экрана звездолета будет непрерывно обстреливаться с частотой 12 выстрелов в минуту. Ясно, что никакой экран не выдержит такого воздействия на протяжении нескольких лет полета. Или должен будет иметь неприемлемую толщину (десятки и сотни метров) и массу (сотни тысяч тонн).

Собственно, тогда звездолет будет состоять в основном из этого экрана и топлива, которого потребуется несколько миллионов тонн. В силу этих обстоятельств полеты на таких скоростях невозможны, тем паче, что по дороге можно нарваться не только на пыль, но и на что-то покрупнее, или попасть в ловушку неизвестного гравитационного поля. И тогда гибель опять-таки неминуема. Таким образом, если и удастся разогнать звездолет до субсветовой скорости, то до конечной цели он не долетит - слишком много препятствий встретится ему на пути. Поэтому межзвездные перелеты могут осуществляться лишь с существенно меньшими скоростями. Но тогда фактор времени делает эти полеты бессмысленными.

Получается, что решить проблему транспортировки материальных тел на галактические расстояния со скоростями, близкими к скорости света, нельзя. Бессмысленно ломиться через пространство и время с помощью механической конструкции.

КРОТОВАЯ НОРА

Фантасты, стараясь побороть неумолимое время, сочинили, как «прогрызать дырки» в пространстве (и времени) и «сворачивать» его. Придумали разнообразные гиперпространственные скачки от одной точки пространства до другой, минуя промежуточные области. Теперь к фантастам присоединились ученые.

Физики принялись искать экстремальные состояния материи и экзотические лазейки во Вселенной, где можно передвигаться со сверхсветовой скоростью вопреки теории относительности Эйнштейна.

Так появилась идея кротовой норы. Эта нора осуществляет смычку двух частей Вселенной подобно прорубленному тоннелю, соединяющему два города, разделенные высокой горой. К сожалению, кротовые норы возможны только в абсолютном вакууме. В нашей Вселенной эти норки крайне неустойчивы: они попросту могут сколлапсировать до того, как туда попадет космический корабль.

Однако для создания стабильных кротовых нор можно использовать эффект, открытый голландцем Хендриком Казимиром. Он заключается во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых колебаний в вакууме. Оказывается, вакуум не совсем пуст, в нем происходят колебания гравитационного поля, в котором спонтанно возникают и исчезают частицы и микроскопические кротовые норы.

Остается только обнаружить одну из нор и растянуть ее, поместив между двумя сверхпроводящими шарами. Одно устье кротовой норы останется на Земле, другое космический корабль с околосветовой скоростью переместит к звезде - конечному объекту. То есть звездолет будет как бы пробивать тоннель. По достижении звездолетом пункта назначения кротовая нора откроется для реальных молниеносных межзвездных путешествий, продолжительность которых будет исчисляться минутами.

ПУЗЫРЬ ИСКРИВЛЕНИЯ

Сродни теории кротовых нор пузырь искривления. В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре выполнил расчеты согласно уравнениям Эйнштейна и нашел теоретическую возможность волновой деформации пространственного континуума. При этом пространство будет сжиматься перед космическим кораблем и одновременно расширяться позади него. Звездолет как бы помещается в пузырь искривления, способный передвигаться с неограниченной скоростью. Гениальность идеи состоит в том, что космический корабль покоится в пузыре искривления, и законы теории относительности не нарушаются. Движется при этом сам пузырь искривления, локально искажающий пространство-время.

Несмотря на невозможность перемещаться быстрее света, ничто не препятствует перемещению пространства или распространению деформации пространства-времени быстрее света, что, как полагают, и происходило сразу после Большого взрыва при образовании Вселенной.

Все эти идей пока не укладываются в рамки современной науки, однако в 2012 году представители НАСА заявили о подготовке экспериментальной проверки теории доктора Алькубьерре. Как знать, может, и теория относительности Эйнштейна когда-нибудь станет частью новой глобальной теории. Ведь процесс познания бесконечен. А значит, однажды мы сможем прорваться чрез тернии к звездам.

Ирина ГРОМОВА

Допустим, Земле конец. Солнце готово вот-вот взорваться, к планете приближается астероид размером с Техас. Крупные города населены зомби, а в сельской местности фермеры усиленно сажают кукурузу, потому что другие посевы гибнут. Нужно срочно покидать планету, но вот беда - в районе Сатурна никаких червоточин не обнаружено, а сверхсветовых двигателей из далёкой-далёкой галактики не завезли. До ближайшей звезды - больше четырёх световых лет. Сможет ли человечество достичь её, располагая современными технологиями? Ответ не столь очевиден.

Вряд ли кто-то станет утверждать, что глобальная экологическая катастрофа, которая поставит под угрозу существование всей жизни на Земле, может случиться лишь в кино. На нашей планете не раз происходили массовые вымирания, во время которых гибло до 90% существующих видов. Земля переживала периоды глобального оледенения, сталкивалась с астероидами, проходила через всплески вулканической активности.

Конечно, даже во время самых страшных катастроф жизнь никогда не исчезала полностью. Но того же не скажешь о господствовавших на тот момент видах, которые вымирали, освобождая дорогу другим. А кто сейчас господствующий вид? Вот-вот.

Вполне вероятно, что возможность покинуть родной дом и отправиться к звёздам в поисках нового сможет когда-нибудь спасти человечество. Однако вряд ли стоит уповать, что какие-нибудь космические благодетели откроют нам дорогу к звёздам. Стоит прикинуть, каковы наши теоретические возможности добраться до звёзд своими силами.

Космический ковчег

В первую очередь на ум приходят традиционные двигатели на химической тяге. В настоящий момент четырём земным аппаратам (все они были запущены ещё в 1970-х) удалось развить третью космическую скорость, достаточную для того, чтобы навсегда покинуть Солнечную систему.

Наиболее быстрый из них, «Вояджер-1», за прошедшие с момента запуска 37 лет удалился от Земли на расстояние в 130 а.е. (астрономических единиц, то есть 130 расстояний от Земли до Солнца). Каждый год аппарат преодолевает примерно 3,5 а.е. Расстояние до Альфы Центавра - 4,36 световых лет, или 275 725 а.е. С такой скоростью аппарату потребуется почти 79 тысяч лет, чтобы добраться до соседней звезды. Мягко говоря, ждать придётся долго.

Фото Земли (над стрелочкой) с расстояния 6 миллиардов километров, сделанное «Вояджером-1». Это расстояние космический аппарат прошёл за 13 лет.

Можно найти способ лететь быстрее, а можно просто смириться и лететь несколько тысяч лет. Тогда конечной точки достигнут лишь далёкие потомки тех, кто отправился в путешествие. Именно в этом заключается идея так называемого корабля поколений - космического ковчега, представляющего собой рассчитанную на длительное путешествие замкнутую экосистему.

В фантастике есть множество различных сюжетов о кораблях поколений. О них писали Гарри Гаррисон («Пленённая Вселенная»), Клиффорд Саймак («Поколение, достигшее цели»), Брайан Олдисс («Без остановки»), из более современных писателей - Бернард Вербер («Звёздная бабочка»). Довольно часто далёкие потомки первых обитателей вообще забывают о том, откуда они вылетели и в чём цель их путешествия. Или даже начинают считать, что весь существующий мир сводится к кораблю, как, например, рассказывается в романе Роберта Хайнлайна «Пасынки Вселенной». Другой интересный сюжет показан в восьмом эпизоде третьего сезона классического «Звёздного пути», где экипаж «Энтерпрайза» пытается предотвратить столкновение корабля поколений, чьи обитатели забыли о своей миссии, и обитаемой планеты, к которой он направлялся.

Плюс корабля поколений заключается в том, что этот вариант не потребует принципиально новых двигателей. Однако нужно будет разработать самодостаточную экосистему, которая сможет существовать без поставок извне в течение многих тысяч лет. И не стоит забывать о том, что люди могут попросту поубивать друг друга.

Проведённый в начале 1990-х под замкнутым куполом эксперимент «Биосфера-2» продемонстрировал ряд опасностей, которые могут подстерегать людей при таких путешествиях. Это и быстрое разделение коллектива на несколько группировок, враждебно настроенных друг к другу, и неконтролируемое размножение вредителей, которое вызвало недостаток кислорода в воздухе. Даже обычный ветер, как оказалось, играет важнейшую роль - без регулярного раскачивания деревья становятся хрупкими и ломаются.

Решить многие проблемы длительного полёта поможет технология, погружающая людей в длительный анабиоз. Тогда ни конфликты не страшны, ни скука, да и система жизнеобеспечения потребуется минимальная. Главное - обеспечить её энергией на длительный срок. Например, с помощью ядерного реактора.

С темой корабля поколений связан весьма интересный парадокс под названием Wait Calculation («Расчётное ожидание»), описанный учёным Эндрю Кеннеди. Согласно этому парадоксу, в течение некоторого времени после отправки первого корабля поколений на Земле могут быть открыты новые, более быстрые способы передвижения, что позволит стартующим позже кораблям обогнать первоначальных поселенцев. Так что не исключено, что к моменту прибытия пункт назначения уже будет перенаселён далёкими потомками колонизаторов, которые отправились позднее.

Установки для анабиоза в фильме «Чужой».

Верхом на ядерной бомбе

Предположим, нас не устраивает, что до звёзд долетят потомки наших потомков, и мы хотим сами подставить лицо лучам чужого солнца. В этом случае не обойтись без космического корабля, способного разогнаться до скоростей, которые доставят его к соседней звезде за время меньше одной человеческой жизни. И тут поможет старая добрая ядерная бомба.

Идея подобного корабля появилась ещё в конце 1950-х. Космический аппарат предназначался для полётов внутри Солнечной системы, однако его вполне можно было бы использовать и для межзвёздных путешествий. Принцип его работы таков: за кормой устанавливают мощную бронированную плиту. Из космического аппарата в направлении, противоположном полёту, равномерно выбрасываются маломощные ядерные заряды, которые подрываются на небольшом (до 100 метров) расстоянии.

Заряды сконструированы таким образом, чтобы большая часть продуктов взрыва направлена в хвост космического корабля. Отражающая плита принимает на себя импульс и передаёт его кораблю через систему амортизаторов (без неё перегрузки будут губительны для экипажа). От повреждения световой вспышкой, потоками гамма-излучения и высокотемпературной плазмой отражающую плиту защищает покрытие из графитовой смазки, которое заново распыляется после каждого подрыва.

Проект NERVA - пример ядерного ракетного двигателя.

На первый взгляд подобная схема кажется безумной, но она вполне жизнеспособна. Во время одного из ядерных испытаний на атолле Эниветок в 9 метрах от центра взрыва были размещены покрытые графитом стальные сферы. После испытания они были найдены неповреждёнными, что доказывает эффективность графитовой защиты для корабля. Но подписанный в 1963 году «Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, космическом пространстве и под водой» поставил крест на этой идее.

Артур Кларк хотел оснастить космический корабль Discovery One из фильма «Космическая одиссея 2001 года» чем-то вроде ядерно-взрывного двигателя. Однако Стэнли Кубрик попросил его отказаться от идеи, испугавшись, что зрители сочтут это пародией на его фильм «Доктор Стрейнджлав, или Как я перестал бояться и полюбил атомную бомбу».

Какую же скорость можно развить с помощью серии ядерных взрывов? Больше всего сведений существует о проекте взрыволёта «Орион», который разрабатывался в конце 1950-х в США при участии учёных Теодора Тейлора и Фримена Дайсона. 400 000-тонный корабль планировалось разогнать до 3,3% скорости света - тогда полёт до системы Альфы Центавра продлился бы 133 года. Однако, согласно нынешним оценкам, подобным способом можно разогнать корабль до 10% скорости света. В таком случае полёт продлится примерно 45 лет, что позволит экипажу дожить до прибытия в пункт назначения.

Конечно, постройка такого корабля - весьма недешёвое дело. По оценке Дайсона, на создание «Ориона» потребовалось бы примерно 3 триллиона долларов в современных ценах. Но если мы узнаем, что нашей планете будет грозить глобальная катастрофа, то, вероятно, именно корабль с ядерно-импульсным двигателем станет последним шансом человечества на выживание.

Газовый гигант

Дальнейшим развитием идей «Ориона» стал проект беспилотного корабля «Дедал», который разрабатывался в 1970-х годах группой учёных из Британского межпланетного общества. Исследователи задались целью спроектировать беспилотный космический аппарат, способный в течение человеческой жизни достичь одной из ближайших звёзд, провести научные исследования и передать на Землю полученную информацию. Главным условием исследования было использование в проекте либо существующих, либо предвидимых в ближайшее время технологий.

Целью полёта была выбрана находящаяся от нас на расстоянии 5,91 светового года звезда Барнарда - в 1970-е годы считалось, что вокруг этой звезды вращается несколько планет. Сейчас мы знаем, что в данной системе нет планет. Разработчики «Дедала» нацелились на создание двигателя, который мог бы доставить корабль до пункта назначения за время, не превышающее 50 лет. В итоге они пришли к идее двухступенчатого аппарата.

Необходимое ускорение обеспечивала серия маломощных ядерных взрывов, происходящих внутри специальной двигательной установки. В качестве топлива использовались микроскопические гранулы из смеси дейтерия с гелием-3, облучаемые потоком высокоэнергетических электронов. Согласно проекту, в двигателе должно было происходить до 250 взрывов в секунду. Соплом служило мощное магнитное поле, создаваемое силовыми установками корабля.

По плану первая ступень корабля работала в течение двух лет, разгоняя корабль до 7% скорости света. После этого «Дедал» сбрасывал отработанную двигательную установку, избавляясь от большей части своей массы, и запускал вторую ступень, которая позволяла ему разогнаться до окончательной скорости в 12,2% световой. Это позволило бы достичь звезды Барнарда через 49 лет после запуска. Ещё 6 лет ушло бы на передачу сигнала на Землю.

Полная масса «Дедала» составляла 54 тысячи тонн, из которых 50 тысяч приходилось на термоядерное горючее. Однако предполагаемый гелий-3 чрезвычайно редко встречается на Земле - зато его полно в атмосферах газовых гигантов. Поэтому авторы проекта предполагали добыть гелий-3 на Юпитере с помощью «плавающего» в его атмосфере автоматизированного завода; на весь процесс добычи ушло бы примерно 20 лет. На той же орбите Юпитера предполагалось осуществить окончательную сборку корабля, который бы затем стартовал к другой звёздной системе.

Самым сложным элементом во всей концепции «Дедала» была именно добыча гелия-3 из атмосферы Юпитера. Для этого нужно было долететь до Юпитера (что тоже не так-то легко и быстро), основать базу на одном из спутников, построить завод, где-то хранить топливо… И это уже не говоря о мощных радиационных поясах вокруг газового гиганта, которые дополнительно усложнили бы жизнь технике и инженерам.

Ещё одна проблема состояла в том, что «Дедал» не имел возможности погасить скорость и выйти на орбиту звезды Барнарда. Корабль и выпущенные им зонды просто бы прошли мимо звезды по пролётной траектории, преодолев всю систему за несколько дней.

Сейчас международная группа из двадцати учёных и инженеров, действующая под эгидой Британского межпланетного сообщества, работает над проектом корабля «Икар». «Икар» - своеобразный «римейк» Дедала, учитывающий накопленные за последние 30 лет знания и технологии. Одно из основных направлений работы - поиск других видов топлива, которое можно было бы добыть и на Земле.

Со скоростью света

Можно ли разогнать космический корабль до скорости света? Эту задачу можно решить несколькими способами. Наиболее перспективный из них - аннигиляционный двигатель на антиматерии. Принцип его действия заключается в следующем: антиматерия подаётся в рабочую камеру, где она входит в соприкосновение с обычным веществом, порождая управляемый взрыв. Ионы, возникшие в процессе взрыва, выбрасываются через сопло двигателя, создавая тягу. Из всех возможных двигателей аннигиляционный теоретически позволяет достичь наибольших скоростей. Взаимодействие материи и антиматерии высвобождает колоссальное количество энергии, а скорость истечения образующихся в ходе этого процесса частиц близка к световой.

Но тут встаёт вопрос добычи топлива. Само по себе антивещество уже давно перестало быть фантастикой - учёным впервые удалось синтезировать антиводород ещё в 1995 году. Но добыть его в достаточных количествах невозможно. В настоящее время антиматерию можно получить лишь с помощью ускорителей частиц. При этом количество создаваемого ими вещества измеряется мизерными долями граммов, а его стоимость составляет астрономические суммы. На одну миллиардную грамма антивещества учёным из Европейского центра ядерных исследований (того самого, где создали Большой адронный коллайдер) пришлось потратить несколько сотен миллионов швейцарских франков. С другой стороны, стоимость производства будет постепенно уменьшаться и в будущем может достичь куда более приемлемых значений.

Кроме того, придётся придумать способ, позволяющий хранить антивещество - ведь при соприкосновении с обычной материей оно мгновенно аннигилируется. Одно из решений - охлаждать антивещество до сверхнизких температур и использовать магнитные ловушки, не позволяющие ему соприкасаться со стенками бака. На данный момент рекордное время хранения антивещества составляет 1000 секунд. Не годы, конечно, но с учётом того, что в первый раз антивещество удалось удержать лишь на 172 миллисекунды, прогресс есть.

И даже быстрее

Многочисленные фантастические фильмы приучили нас к тому, что добраться до других звёздных систем можно куда быстрее, чем за несколько лет. Достаточно включить варп-двигатель или гиперпространственный привод, откинуться поудобнее в кресле - и уже через несколько минут оказаться на другом краю галактики. Теория относительности запрещает путешествия со скоростями, превышающими скорость света, но в то же время оставляет лазейки, позволяющие обойти эти ограничения. Если бы могли разорвать или растянуть пространство-время, то смогли бы путешествовать быстрее света, не нарушая никаких законов.

Разрыв пространства более известен как кротовая нора, или червоточина. Физически она представляет собой тоннель, связывающий две удалённые области пространства-времени. Почему бы не использовать такой тоннель для путешествия в дальний космос? Дело в том, что создание подобной кротовый норы требует наличия в разных точках вселенной двух сингулярностей (это то, что находится за горизонтом событий чёрных дыр, - фактически гравитация в чистом виде), которые смогут разорвать пространство-время, создав тоннель, позволяющий путешественникам «срезать» путь через гиперпространство.

Кроме того, для поддержания подобного тоннеля в устойчивом состоянии необходимо, чтобы он был заполнен экзотической материей с отрицательной энергией, - а существование подобной материи до сих пор не доказано. В любом случае, создать кротовую нору по силам лишь сверхцивилизации, которая на много тысяч лет будет опережать нынешнюю в развитии и чьи технологии с нашей точки зрения будут похожи на волшебство.

Второй, более доступный вариант - «растягивание» пространства. В 1994 году мексиканский физик-теоретик Мигель Алькубьерре предположил, что можно изменить его геометрию, создав волну, сжимающую пространство впереди корабля и расширяющую его сзади. Таким образом звездолёт окажется в «пузыре» искривлённого пространства, которое само будет двигаться быстрее света, благодаря чему корабль не нарушит фундаментальных физических принципов. По словам самого Алькубьерре, .

Правда, сам учёный счёл, что реализовать подобную технологию на практике будет невозможно, так как для этого потребуется колоссальное количестве массы-энергии. Первые вычисления давали значения, превышающие массу всей существующей Вселенной, последующие уточнения уменьшили её до «всего лишь» юпитерианской.

Но в 2011 году Гарольд Уайт, возглавляющий исследовательскую группу Eagleworks при NASA, провёл расчёты, которые показали, что если изменить некоторые параметры, то для создания пузыря Алькубьерре может потребоваться куда меньше энергии, чем считалось ранее, и перерабатывать целую планету уже не потребуется. Сейчас группа Уайта прорабатывает возможность «пузыря Алькубьерре» на практике.

Если у экспериментов будут результаты, то это станет первым маленьким шажком к тому, чтобы создать двигатель, позволяющий путешествовать в 10 раз быстрее скорости света. Разумеется, космический аппарат, использующий пузырь Алькубьерре, отправится в путешествие через много десятков, а то и сотен лет. Но сама перспектива того, что такое действительно возможно, уже захватывает дух.

Полёт «Валькирии»

Практически все предлагаемые проекты звездолётов имеют один существенный недостаток: они весят десятки тысяч тонн, и их создание требует огромного количество запусков и сборочных операций на орбите, что увеличивает стоимость постройки на порядок. Но если человечество всё же научится получать большое количество антиматерии, у него появится альтернатива этим громоздким конструкциям.

В 1990-х годах писатель Чарльз Пелегрино и физик Джим Пауэлл предложили проект звездолёта, известный как «Валькирия». Его можно описать как нечто вроде космического тягача. Корабль представляет собой связку из двух аннигиляционных двигателей, соединённых между собой сверхпрочным тросом длиной 20 километров. В центре связки находятся несколько отсеков для экипажа. Корабль использует первый двигатель, чтобы набрать скорость, близкую к световой, а второй - чтобы погасить её при выходе на орбиту вокруг звезды. Благодаря использованию троса вместо жёсткой конструкции масса корабля составляет всего 2100 тонн (для сравнения, масса МКС - 400 тонн), из которых 2000 тонн приходятся на двигатели. Теоретически такой корабль может разогнаться до скорости в 92% от скорости света.

Модифицированный вариант данного корабля, названный Venture Star, показан в фильме «Аватар» (2011), одним из научных консультантов которого был как раз Чарльз Пелегрино. Venture Star отправляется в путешествие, разгоняясь при помощи лазеров и 16-километрового солнечного паруса, после чего тормозит у Альфы Центавра с помощью двигателя на антиматерии. На обратном пути последовательность меняется. Корабль способен разогнаться до 70% скорость света и долететь до Альфа Центавра менее чем за 7 лет.

Без топлива

Как существующие, так и перспективные ракетные двигатели имеют одну проблему - топливо всегда составляет большую часть их массы на старте. Однако есть проекты звездолётов, которым вообще не нужно будет брать с собой топливо.

В 1960 году физик Роберт Бассард предложил концепцию двигателя, который использовал бы находящийся в межзвёздном пространстве водород в качестве горючего для термоядерного двигателя. К сожалению, несмотря на всю привлекательность идеи (водород - самый распространённый элемент во Вселенной), у неё есть ряд теоретических проблем, начиная от способа сбора водорода и заканчивая расчётной максимальной скоростью, которая вряд ли превысит 12% световой. А значит, до системы Альфа Центавра придётся лететь минимум полвека.

Другая интересная концепция - применение солнечного паруса. Если построить на земной орбите или на Луне огромный сверхмощный лазер, то его энергию можно было бы использовать, чтобы разогнать оснащённый гигантским солнечным парусом звездолёт до достаточно больших скоростей. Правда, по расчётам инженеров, чтобы придать пилотируемому кораблю массой 78 500 тонн скорость в половину световой, потребуется солнечный парус диаметром в 1000 километров.

Ещё одна очевидная проблема звездолёта с солнечным парусом заключается в том, что его нужно как-то затормозить. Одно из её решений - при подлёте к цели выпустить позади звездолёта второй, меньший по размерам парус. Основной же отсоединится от корабля и продолжит самостоятельное путешествие.

***

Межзвёздное путешествие - очень сложное и дорогостоящее предприятие. Создать корабль, способный за относительно небольшой срок покрыть космическое расстояние, - одна из самых грандиозных задач, стоящих перед человечеством в будущем. Конечно, это потребует усилий нескольких государств, если не всей планеты. Сейчас это кажется утопией - у правительств слишком много забот и слишком много способов потратить деньги. Полёт на Марс в миллионы раз проще полёта к Альфе Центавра - и тем не менее вряд ли сейчас кто-то рискнёт назвать год, когда он всё же состоится.

Оживить работы в этом направлении может или глобальная опасность, грозящая всей планете, или же создание единой планетарной цивилизации, которая сможет преодолеть внутренние склоки и захочет покинуть свою колыбель. Время для этого ещё не пришло - но это не значит, что оно не придёт никогда.

12 апреля 2016 года знаменитый британский физик Стивен Хокинг и российский бизнесмен и меценат Юрий Мильнер объявили о выделении $100 млн на финансирование проекта Breakthrough Starshot . Целью проекта стала разработка технологий для создания космических аппаратов, способных совершить межзвездный полет к альфе Центавра.

В тысячах фантастических романов описаны гигантские фотонные звездолеты размером с небольшой (или большой) город, уходящие в межзвездный полет с орбиты нашей планеты (реже - с поверхности Земли). Но, по замыслу авторов проекта Breakthrough Starshot , все будет происходить совсем не так: в один знаменательный день две тысячи какого-то года к одной из ближайших звезд, альфе Центавра, стартует не один и не два, а сразу сотни и тысячи маленьких звездолетиков размером с ноготь и массой в 1 г. И у каждого из них будет тончайший солнечный парус площадью в 16 м 2 , который и понесет звездолет со все возрастающей скоростью вперед - к звездам.

«Выстрел к звёздам»

Основой проекта Breakthrough Starshot стала статья профессора физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Филипа Любина «План для межзвездных полетов» (A Roadmap to Interstellar Flight ). Основная заявленная цель проекта состоит в том, чтобы сделать межзвездные полеты возможными уже при жизни следующего поколения людей, то есть не через столетия, а через десятилетия.

Сразу после официального анонса программы Starshot на авторов проекта обрушилась волна критики со стороны ученых и технических специалистов в различных областях. Критически настроенные эксперты отмечали многочисленные некорректные оценки и просто «белые пятна» в плане программы. Некоторые замечания были приняты во внимание, и план полета был несколько скорректирован в первой итерации.

Итак, межзвездный зонд будет представлять собой космический парусник с электронным модулем StarChip массой 1 г, соединенным сверхпрочными стропами с солнечным парусом площадью 16 м 2 , толщиной 100 нм и массой 1 г. Конечно, света нашего Солнца недостаточно, чтобы разогнать даже столь легкую конструкцию до скоростей, при которых межзвездные путешествия не будут длиться тысячелетиями. Поэтому главная изюминка проекта StarShot - это разгон с помощью мощного лазерного излучения, которое фокусируется на парусе. По оценкам Любина, при мощности лазерного луча 50–100 ГВт ускорение составит около 30 000 g, и за несколько минут зонд достигнет скорости в 20% световой. Полет к альфе Центавра продлится около 20 лет.

Вопросы без ответов: волна критики

Филип Любин в своей статье приводит численные оценки пунктов плана, однако многие ученые и специалисты относятся к этим данным весьма критически.

Конечно, для проработки столь амбициозного проекта, как Breakthrough Starshot , требуются годы работы, да и $100 млн - не такая уж и большая сумма для работы подобного масштаба. В особенности это касается наземной инфраструктуры - фазированной решетки лазерных излучателей. Установка такой мощности (50–100 ГВт) потребует гигантского количества энергии, то есть рядом нужно будет построить как минимум десяток крупных электростанций. Помимо этого, потребуется отводить от излучателей огромное количество тепла на протяжении нескольких минут, и как это делать - пока что совсем неясно. Таких вопросов без ответов в проекте Breakthrough Starshot огромное количество, однако пока что работа только началась.

«В научный совет нашего проекта входят ведущие специалисты, ученые и инженеры в различных релевантных областях, включая двух нобелевских лауреатов, - говорит Юрий Мильнер. - И я слышал весьма сбалансированные оценки реализуемости этого проекта. При этом мы, безусловно, полагаемся на совокупную экспертизу всех членов нашего научного совета, но в то же время открыты для более широкой научной дискуссии».

Под звёздными парусами

Одна из ключевых деталей проекта - это солнечный парус. В исходном варианте площадь паруса изначально составляла всего 1 м 2 , и из-за этого он мог не выдержать нагрева при разгоне в поле лазерного излучения. Новый вариант использует парус площадью 16 м 2 , так что тепловой режим будет хотя и довольно жестким, но, по предварительным оценкам, не должен расплавить или разрушить парус. Как пишет сам Филип Любин, в качестве основы для паруса планируется использовать не металлизированные покрытия, а полностью диэлектрические многослойные зеркала: «Такие материалы характеризуются умеренным коэффициентом отражения и чрезвычайно низким поглощением. Скажем, оптические стекла для волоконной оптики рассчитаны на большие световые потоки и имеют поглощение порядка двадцати триллионных на 1 мкм толщины». Добиться хорошего коэффициента отражения от диэлектрика при толщине паруса в 100 нм, а это много меньше длины волны, непросто. Но авторы проекта возлагают некоторые надежды на использование новых подходов, таких как монослои метаматериала с отрицательным показателем преломления.

Солнечный парус

Один из главных элементов проекта - солнечный парус площадью в 16 м 2 и массой всего 1 г. В качестве материала паруса рассматриваются многослойные диэлектрические зеркала, отражающие 99,999% падающего света (по предварительным расчетам этого должно хватить, чтобы парус не расплавился в поле излучения 100-ГВт лазера). Более перспективный подход, позволяющий сделать толщину паруса меньшей длины волны отражаемого света, - это использование в качестве основы паруса монослоя метаматериала с отрицательным показателем преломления (такой материал к тому же имеет наноперфорацию, что еще уменьшает его массу). Второй вариант - это использование материала не с высоким коэффициентом отражения, а с низким коэффициентом поглощения (10 −9), такого, как оптические материалы для световодов.

«Кроме того, нужно учитывать, что отражение от диэлектрических зеркал настраивается на узкий диапазон длин волн, а по мере ускорения зонда эффект Доплера сдвигает длину волны более чем на 20%, - говорит Любин. - Мы это учитывали, поэтому отражатель будет настроен примерно на двадцатипроцентную ширину полосы излучения. Мы спроектировали такие отражатели. Если необходимо, доступны и отражатели с большей шириной полосы».

Лазерная установка

Основная силовая установка звездолета не полетит к звездам - она будет расположена на Земле. Это наземная фазируемая решетка лазерных излучателей размером 1×1 км. Суммарная мощность лазеров должна составлять от 50 до 100 ГВт (это эквивалентно мощности 10–20 Красноярских ГЭС). Предполагается с помощью фазирования (то есть изменения фаз на каждом отдельном излучателе) сфокусировать излучение с длиной волны 1,06 мкм со всей решетки в пятно диаметром несколько метров на расстояниях вплоть до многих миллионов километров (предельная точность фокусировки 10 −9 радиана). Но такой фокусировке сильно мешает турбулентная атмосфера, размывающая луч в пятно размером примерно в угловую секунду (10 −5 радиана). Улучшения на четыре порядка предполагается достичь с помощью адаптивной оптики (АО), которая будет компенсировать атмосферные искажения. Лучшие системы адаптивной оптики в современных телескопах уменьшают размытие до 30 угловых миллисекунд, то есть до намеченной цели остается еще примерно два с половиной порядка. «Чтобы победить мелкомасштабную атмосферную турбулентность, фазируемая решетка должна быть разбита на очень мелкие элементы, размер излучающего элемента для нашей длины волны должен составлять не более 20–25 см, - объясняет Филип Любин. - Это минимум 20 млн излучателей, но такое количество меня не пугает. Для обратной связи в системе АО мы планируем использовать много опорных источников - бакенов - и на зонде, и на материнском корабле, и в атмосфере. Кроме того, мы будем отслеживать зонд на пути к цели. Мы также хотим использовать звезды как бакен для настройки фазирования решетки при приеме сигнала от зонда по прибытии, но для надежности будем отслеживать зонд».

Прибытие

Но вот зонд прибыл в систему альфы Центавра, сфотографировал окрестности системы и планеты (если они есть). Эту информацию нужно каким-то образом передать на Землю, причем мощность лазерного передатчика зонда ограничена единицами ватт. А через пять лет этот слабый сигнал нужно принять на Земле, выделив из фонового излучения звезды. По замыслу авторов проекта, у цели зонд маневрирует таким образом, что парус превращается в линзу Френеля, фокусирующую сигнал зонда в направлении Земли. Согласно оценкам, идеальная линза при идеальной фокусировке и идеальной ориентации усиливает сигнал мощностью 1 Вт до 10 13 Вт в изотропном эквиваленте. Но как рассмотреть этот сигнал на фоне гораздо более мощного (на 13–14 порядков!) излучения звезды? «Свет от звезды на самом деле довольно слаб, поскольку ширина линии нашего лазера очень мала. Узкая линия - ключевой фактор в сокращении фона, - говорит Любин. - Идея сделать из паруса линзу Френеля на основе тонкопленочного дифракционного элемента достаточно сложна и требует большой предварительной работы, чтобы понять, как именно лучше сделать это. Этот пункт на самом деле - один из главных в нашем плане проекта».

Межзвездный полет - вопрос не веков, а десятилетий

Юрий Мильнер ,
российский бизнесмен и меценат,
основатель фонда Breakthrough Initiatives:

За последние 15 лет произошли существенные, можно сказать, революционные продвижения по трем технологическим направлениям: миниатюризация электронных компонентов, создание нового поколения материалов, также удешевление и увеличение мощности лазеров. Сочетание этих трех тенденций приводит к теоретической возможности разогнать наноспутник до почти релятивистских скоростей. На первом этапе (5–10 лет) мы планируем провести более углубленное научно-инженерное исследование, чтобы понять, насколько этот проект реализуем. На сайте проекта есть список из примерно 20 серьезных технических проблем, без решения которых мы не сможем идти дальше. Это не окончательный список, но, опираясь на мнение научного совета, мы считаем, что первый этап проекта имеет достаточную мотивацию. Я знаю, что проект звездного паруса подвергается серьезной критике со стороны специалистов, но думаю, что позиция некоторых критически настроенных экспертов связана с не совсем точным пониманием того, что же мы реально предлагаем. Мы финансируем не полет к другой звезде, а вполне реалистичные многоцелевые разработки, связанные с идеей межзвездного зонда лишь общим направлением. Эти технологии найдут применение и для полетов в Солнечной системе, и для защиты от опасных астероидов. Но постановка столь амбициозной стратегической цели, как межзвездный полет, представляется оправданной в том смысле, что развитие технологий за последние 10–20 лет, вероятно, делает реализацию подобного проекта вопросом не веков, как многие предполагали, а скорее - десятилетий.

С другой стороны, фазированная решетка оптических излучателей / приемников излучения общей апертурой в километр - это инструмент, способный видеть экзопланеты с расстояния десятков парсек. Используя приемники с перестраиваемой длиной волны, можно определить состав атмосферы экзопланет. Нужны ли вообще в таком случае зонды? «Конечно, использование фазируемой решетки как очень большого телескопа открывает новые возможности в астрономии. Но, - добавляет Любин, - мы планируем добавить к зонду инфракрасный спектрометр в качестве более долговременной программы в дополнение к камере и другим датчикам. У нас отличная группа фотоники в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре, которая является частью коллаборации».

Но в любом случае, по словам Любина, первые полеты будут совершаться в пределах Солнечной системы: «Поскольку мы можем посылать огромное количество зондов, это дает нам много разных возможностей. Мы также можем посылать подобные маленькие (wafer-scale , то есть на чипе) зонды на обычных ракетах и использовать те же технологии для изучения Земли или планет и их спутников в Солнечной системе».

Редакция благодарит газету «Троицкий вариант - наука» и ее главного редактора Бориса Штерна за помощь в подготовке статьи.