Космонавтика. Шаг над бездной
Сыны и дочери планеты голубой
Взмывают ввысь, тревожа звезд покой.
Налажен путь в межзвездные пространства
Для спутников, ракет, научных станций.
***
Летел в ракете русский парень,
всю землю видел с высоты.
Был первым в космосе Гагарин.
Каким по счету будешь ты?
В 1973 году рабочая группа Британского межпланетного общества приступила к проектированию облика межзвездного космического корабля, способного в беспилотном режиме преодолеть 6 световых лет и провести краткое исследование окрестностей звезды Барнарда.
Принципиальным отличием британского проекта от произведений научной фантастики стали оригинальные условия проектирования: в своей работе британские ученые опирались исключительно на реально существующие технологии или технологии недалекого будущего, скорое появление которых не вызывает сомнений. Фантастическая «антигравитация», неведомая «телепортация» и «сверхсветовые двигатели» были отклонены, как экзотические и заведомо невыполнимые идеи.
Согласно условиям проекта, разработчикам пришлось отказаться даже от популярного в то время «фотонного двигателя». Несмотря на теоретическую возможность существования реакции аннигиляции вещества, даже самые смелые физики, регулярно экспериментирующие с галлюциногенными каннабиоидами, не способны объяснить, как реализовать на практике хранение «антивещества», и каким образом собирать выделенную энергию.
Проект получил символичное имя «Дедал» - в честь одноименного героя греческого мифа, которому удалось перелететь море, в отличие от слишком высоко взлетевшего Икара.
Автоматический межзвездный корабль Daedalus имел двухступенчатую конструкцию
Смысл проекта «Дедал»:
Доказательство возможности создания Человечеством беспилотного корабля для исследования ближайших к Солнцу звездных систем.
Техническая сторона проекта:
Исследование с пролетной траектории системы звезды Барнарда (красный карлик спектрального класса М5V на расстоянии 5,91 световых лет, одна из ближайших к Солнцу и, одновременно, самая «быстрая» из звезд на земном небосводе. Перпендикулярная компонента скорости звезды к направлению взгляда земного наблюдателя составляет 90 км/с, что, вкупе с относительно «близким» расстоянием, превращает «Летящую Барнарда» в настоящую «комету»). Выбор цели обуславливался теорией существования у звезды Барнарда планетной системы (теория была впоследствии опровергнута). В наше время «эталонной целью» считается ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра (расстояние 4,22 св. года).
Перемещение звезды Барнарда на земном небосводе
Условия проекта:
Беспилотный звездолет. Только реалистичные технологии недалекого будущего. Максимальное время полета до звезды – 49 лет! Согласно условиям проекта «Дедал», те, кто создавал межзвездный корабль, должны были иметь возможность узнать результаты миссии в течение своей жизни. Другими словами, чтобы добраться до звезды Барнарда за 49 лет звездолету потребуется маршевая скорость порядка 0,1 скорости света.
Исходные данные:
В наличии у британских ученых был довольно внушительный «набор» всех современных достижений Человеческой цивилизации: ядерные технологии, неуправляемая термоядерная реакция, лазеры, физика плазмы, пилотируемые космические запуски на околоземную орбиту, технологии стыковки и проведения монтажных работ крупногабаритных объектов в космическом пространстве, системы дальней космической связи, микроэлектроника, автоматизация и точное машиностроение. Достаточно ли этого, чтобы «дотронуться рукой» до звезд?
Здесь недалеко - одна остановка на такси
Переполненный сладких грез и гордости за достижения Человеческого разума, читатель уже бежит покупать билет на межзвездный корабль. Увы, его радость преждевременна. Вселенная приготовила свой ужасающий ответ на жалкие попытки людишек добраться до ближайших звезд.
Если уменьшить размеры звезды, подобной Солнцу, до размеров теннисного мяча, вся Солнечная система поместится на Красной площади. Размеры Земли, в этом случае, вообще сократятся до размеров песчинки.
При этом, ближайший «теннисный мяч» (Проксима Центавра) будет лежать посреди Александерплатц в Берлине, а чуть более далекая звезда Барнарда – на площади Пикадилли в Лондоне!
Положение "Вояджер-1" на 8 февраля 2012 г. Расстояние 17 световых часов от Солнца.
Чудовищные расстояния ставят под сомнение саму идею межзвездных перелетов. Автоматической станции «Вояджер-1», запущенной в 1977 году, понадобилось 35 лет, чтобы пересечь Солнечную систему (зонд вышел за её пределы 25 августа 2012 года - в тот день за кормой станции растаяли последние отголоски «солнечного ветра», одновременно резко повысилась интенсивность галактического излучения). На перелет «Красной площади» ушло 35 лет. Сколько же времени потребуется «Вояджеру», что долететь «от Москвы до Лондона»?
Вокруг нас квадриллионы километров черной бездны – есть ли у нас шанс долететь до ближайшей звезды хотя бы за половину земного века?
Я пришлю за тобой корабль…
В том, что «Дедал» будет иметь чудовищные размеры, сомнений ни у кого не возникало – только «полезная нагрузка» могла достигать сотен тонн. Помимо сравнительно легких астрофизических приборов, детекторов и телекамер, на борту корабля необходим немаленький отсек управления системами корабля, вычислительный центр, а главное – система связи с Землей.
Современные радиотелескопы имеют потрясающую чувствительность: передатчик аппарата «Вояджер-1», находящегося на расстоянии 124 астрономические единицы (в 124 раза дальше, чем от Земли до Солнца), имеет мощность всего 23 Ватта – меньше лампочки в вашем холодильнике. Удивительно, но этого оказалось достаточно для обеспечения бесперебойной связи с аппаратом на расстоянии 18,5 млрд. километров! (обязательное условие - положение «Вояджера» в пространстве известно с точностью до 200 метров)
Звезда Барнарда находится на расстоянии 5,96 световых лет от Солнца – в 3000 раз дальше, чем станция «Вояджер». Очевидно, что в этом случае 23-ваттым перехватчиком не обойтись – невероятное расстояние и значительная погрешность при определении положения звездолета в пространстве потребуют мощность излучения в сотни киловатт. Со всеми вытекающими отсюда требованиями к габаритам антенны.
Британские ученые назвали вполне определенную цифру: полезная нагрузка звездолета «Дедал» (масса отсека управления, научных приборов и системы связи) составит порядка 450 тонн. Для сравнения, масса Международной космической станции на сегодняшний день превысила 417 тонн.
Масса необходимой полезной нагрузки звездолета лежит в реалистичных пределах. Кроме того, с учетом прогресса в микроэлектронике и космических технологиях за последние 40 лет, эта цифра может несколько уменьшиться.
Двигатель и топливо. Чрезвычайная энергозатратность межзвездных перелетов становится ключевым барьером для осуществления подобных экспедиций.
Британские ученые придерживались простой логики: Какой из известных нам способов получения энергии имеет наибольшую продуктивность? Ответ очевиден – термоядерный синтез. Способны ли мы на сегодняшний день создать стабильный «термоядерный реактор»? Увы, нет, все попытки создания «управляемого термоядра» заканчиваются неудачно. Вывод? Придется использовать реакцию взрывного характера. Звездолет «Дедал» превращается во «взрыволёт» с импульсным термоядерным ракетным двигателем.
Принцип работы в теории прост: в рабочую камеру подаются «мишени» из замороженной смеси дейтерия и гелия-3. «Мишень» разогревается импульсом лазеров – следует крошечный термоядерный взрыв – и, вуаля, выделение энергии для разгона корабля!
Расчет показал, что для эффективного разгона «Дедала» потребуется производить 250 взрывов в секунду – следовательно, мишени должны подаваться в камеру сгорания импульсного термоядерного двигателя со скоростью 10 км/с!
Это уже чистая фантастика – в реальности не существует ни одного работоспособного образца импульсного термоядерного двигателя. Более того, уникальные характеристики двигателя и высокие требования к его надежности (двигатель звездолета должен непрерывно работать на протяжении 4 лет) превращают разговор о звездолете в бессмысленную историю.
С другой стороны, в конструкции импульсного термоядерного двигателя нет ни одного элемента, который не был бы проверен на практике – сверхпроводящие соленоиды, лазеры огромной мощности, электронные пушки … все это давно освоено промышленностью и зачастую доведено для массового производства. У нас есть проработанная теория и богатые практические разработки в области физики плазмы – дело лишь в создании импульсного двигателя на основе этих систем.
Расчетная масса конструкции звездолета (двигатель, баки, несущие ферменные конструкции) – 6170 тонн, без учета топлива. В принципе, цифра звучит реалистично. Никаких десятых степеней и бесчисленных нулей. Для доставки такого количества металлоконструкций на низкую околоземную орбиту потребовалось бы «всего» 44 запуска могучей ракеты Сатурн-5 (полезная нагрузка 140 тонн при стартовой массе 3000 тонн).
Ракета-носитель сверхтяжелого класса Н-1, стартовая масса 2735...2950 тонн
До сего момента названные цифры теоретически укладывались в возможности современной промышленности, хотя и требовали некоторого развития современных технологий. Пришло время задать главный вопрос: какова потребная масса топлива для разгона звездолета до 0,1 скорости света? Ответ звучит пугающе, и, одновременно, обнадеживающе – 50 000 тонн ядерного горючего. Несмотря на кажущуюся невероятность этой цифры, это «всего лишь» половина водоизмещения американского атомного авианосца. Другое дело, что современная космонавтика еще не готова к работе с такими громоздкими конструкциями.
Но главная проблема заключалась в другом: основной компонент топлива для импульсного термоядерного двигателя - редкий и дорогой изотоп Гелий-3. Современный объем производства гелия-3 не превышает 500 кг в год. В то же время, в баки «Дедала» потребуется залить 30 000 тонн этого специфического вещества.
Комментарии излишни – такое количества гелия-3 на Земле не найти. «Британские ученые» (в этот раз можно заслуженно взять выражение в кавычки) предлагали строить «Дедал» на орбите Юпитера и там же и заправлять его, добывая горючее из верхнего слоя облаков гигантской планеты.
Чистая футуристика, помноженная на абсурд.
Несмотря на общую неутешительную картину, проект «Дедал» показал, что существующих научных знаний достаточно для отправки экспедиции к ближайшим звездам. Проблема заключается в масштабах работ – мы имеем действующие образцы «Токамаков», сверхпроводящих электромагнитов, криостатов и сосудов Дюара в идеальных лабораторных условиях, но совершенно не представляем, как будут работать их гипертрофированные копии массой в сотни тонн. Как обеспечить непрерывную работу этих фантастических конструкций в течение долгих лет – все это в жестоких условиях открытого космоса, безо всякой возможности ремонта и обслуживания человеком.
Работая над обликом звездолета «Дедал», ученые сталкивались с множеством мелких, но не менее важных проблем. Помимо уже упомянутого сомнения в надежности импульсного термоядерного двигателя, перед создателями межзвездного корабля встала проблема балансировки гигантского корабля, его правильного разгона и ориентации в пространстве. Были и положительные моменты – за 40 лет, прошедших с начала работ над проектом «Дедал», была успешно решена проблема с цифровым вычислительным комплексом на борту корабля. Колоссальный прогресс в микроэлектронике, нанотехнологии, появление веществ с уникальными характеристикам – все это заметно упростило условия создания звездолета. Так же, была успешно решена проблема дальней космической связи.
Зато до сих пор не найдено решения классической проблемы – безопасности межзвездной экспедиции. На скорости 0,1 от скорости света любая пылинка становится опасным препятствием для корабля, а крошечный метеорит размером с флеш-накопитель может стать концом всей экспедиции. Другими словами, корабль имеет все шансы сгореть, прежде чем доберется до цели. В теории предлагаются два решения: первый «рубеж обороны» - защитное облако микрочастиц, удерживаемое магнитным полем в сотне километров впереди по курсу корабля. Второй «рубеж обороны» - металлический, керамический или композитный щит для отражения фрагментов распавшихся метеоритов. Если с конструкцией щита все более или менее понятно, то, как реализовать на практике «защитное облако микрочастиц» на значительном расстоянии от корабля не знают даже лауреаты Нобелевских премий по физике. Ясно, что с помощью магнитного поля, но вот как именно…
… Корабль плывет в ледяной пустоте. Прошло 50 лет с момента, как он покинул Солнечную систему и долгая дорога протянулась позади «Дедала» на шесть световых лет. Благополучно пересечен опасный пояс Койпера и таинственное облако Оорта, хрупкие приборы выдержали потоки галактических лучей и жестокий холод открытого Космоса… Скоро запланированное рандеву с системой звезды Барнарда … но что сулит посланцу далекой Земли эта случайная встреча посреди бескрайнего звездного океана? Новые опасности от столкновения с крупными метеоритами? Магнитные поля и смертоносные радиационные пояса в окрестностях «бегущей Барнарда»? Неожиданные выбросы протруберанцев? Время покажет… «Дедал» за два дня промчится мимо звезды и навсегда исчезнет на просторах Космоса.
"Дедал" в сравнении со 102-этажным небоскребом Эмпайр Стейт Билдинг
Эмпайр Стейт Билдинг, ключевой объект панорамы Нью-Йорка. Высота без шпиля 381 м, высота со шпилем 441 метр
"Дедал" в сравнении со сверхтяжелой ракетой-носителем Сатурн V
Saturn V на стартовом столе
Информация