(Теории и гипотезы) А. БАРБАРАШ Новая редакция ОГЛАВЛЕНИЕ

А. БАРБАРАШ
(Анатолий Никифорович БАРБАРАШ
E-mail: barbarash@farlep.net)
(Теории и гипотезы)
Новая редакция
ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
4.4.1. Вопрос дальности полёта ................................................................................................................... 2
4.4.2. Минусы фотонной ракеты .................................................................................................................. 3
4.4.3. Электрореактивный двигатель ............................................................................................................ 5
4.4.4. Энергетика корабля .............................................................................................................................. 7
4.4.5. Противометеорная защита................................................................................................................. 11
4.4.6. Проблема численности экипажа ...................................................................................................... 14
4.4.7. Общая концепция корабля ............................................................................................................... 16
Предыдущий раздел
Последующий раздел
Общее оглавление
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
„Искусство живёт вымыслом,
наука – осуществляет вымысел.”
А.М. Горький
4.4.1. Вопрос дальности полёта
Ниже будет рассматриваться возможность межзвёздных перелётов. Но оговоримся сразу
– автор отнюдь не разрабатывает конкретный план полётов или конкретную схему, конкретные параметры межзвёздного корабля. Преследуется иная цель – показать, что межзвёздные
перелёты принципиально возможны, что они в достаточно близкой перспективе станут доступными для земной цивилизации, а, значит, тем более осуществимы для более „взрослых”
и развитых цивилизаций.
*
*
*
Мы не знаем цивилизации, предположительно занёсшей споры водорослей в древний
Океан Земли. Трудно судить, что для неё технически выполнимо, а что – невыполнимо. Чтобы выйти из этого затруднения, используем простой логический ход. Будем считать, что их
возможности не меньше наших, и если межзвёздный перелёт, хотя бы в отдалённом будущем, окажется возможен для нашей цивилизации – значит, он возможен и для предполагаемой цивилизации „Икс”.
Книга не ставит задачу указать реальные пути осуществления межзвёздных перелётов.
Более того, автор уверен, что в действительности техника межзвёздных перелётов будет
иной, не такой, как описывается ниже, а более эффективной. Книга стремится лишь показать,
что наука уже создала необходимую теоретическую базу, и уже сегодня подобные перелёты
представляют собой не столько научную, сколько инженерную и экономическую проблему.
Понимание этого факта требуется, в частности, для того, чтобы при изучении ранних стадий
биологической эволюции возможность направленной панспермии учитывалась биологами не
менее скрупулёзно, чем геологические, климатические и др. условия на планете.
*
*
*
Ответ на вопрос, осуществим ли, в принципе, межзвёздный перелёт, складывается из ответов на ряд частных вопросов. Первый из них – при какой дальности полёта возникает возможность доставки Жизни от звезды к звезде?
Минимальную дальность перелёта, открывающую возможность целенаправленной доставки Жизни на Землю, разные специалисты оценивают по-разному. На оценку этого расстояния влияет ряд противоречивых соображений.
Есть, например, формула Дрейка, с помощью которой учёные пытаются оценить количество одновременно существующих цивилизаций n в нашей Галактике, способных и склонных контактировать с другими цивилизациями. Она выглядит так:
n = N · P1 · P2 · P3 · P4 · t1/T1;
где N – полное число звёзд в Галактике (оцениваемое как 1011); P1 – вероятность того, что
звезда имеет планетную систему (порядка 0,5); P2 – вероятность наличия жизни хотя бы на
одной из планет звезды (около 0,2); P3 – вероятность наличия на планете, где уже возникла
жизнь, разумной жизни (близко к 1); P4 – вероятность возникновения на этой планете с разумной жизнью высокого технологического уровня, позволяющего установить контакт с
другими цивилизациями (около 0,5); t1 – величина периода, в течение которого цивилизация
находится на высокоразвитом уровне; T1 – возраст Галактики.
Полагают, что в процентном выражении величина n невелика. Если бы она была для
нашей Галактики известна, можно было бы оценить среднее расстояние между цивилизаци-
4.4.1. Вопрос дальности полёта
3
ями, а значит, и минимальную дальность межзвёздного перелёта. Но оценить результат формулы Дрейка трудно и, кроме того, цивилизации могут быть очень неравномерно распределены внутри Галактики.
Нельзя не вспомнить и мысль И.С. Шкловского о возможной уникальности нашей цивилизации во Вселенной. По мнению И.С. Шкловского, дело даже не в том, что во Вселенной,
кроме нашей цивилизации, может не существовать никаких других, а в том, что они расположены так редко, на таких огромных расстояниях одна от другой, что для нас в любом случае недоступны. В этом смысле мы можем считать их не существующими.
Наконец, в нашем случае речь идёт не о контакте между двумя цивилизациями, а о переносе Жизни от цивилизации к мёртвой планете другой звезды, а мёртвых планет намного
больше, чем обжитых.
Можно также подойти к проблеме, исходя из нашего ближайшего окружения. Расстояние
до ближайшей к нам тройной (с учётом Проксимы) звезды Альфы Центавра составляет
4,3 световых года. Если описать вокруг Земли сферу радиусом 10 световых лет, то в ней
(вместе с Солнцем) окажется 9 звёзд. Если экстраполировать такую плотность звёзд на сферу
радиусом 20 световых лет, то в ней, грубо говоря, должно оказаться более 70-ти звёзд, а при
радиусе 30 св. лет – более 240.
Американский астроном Отто Струве обратил внимание на то, что Солнце делает один
оборот вокруг собственной оси за 27 дней, а если бы вокруг него не было планет, то оно
вращалось бы примерно в 50 раз быстрее. Высокая скорость вращения, в связи с эффектом
Доплера (одна сторона звезды быстро приближается к наблюдателю, а другая – удаляется),
изменяет профиль распределения энергии в каждой спектральной линии, что позволяет разделить наблюдаемые звёзды на две группы – с планетами и без них. Исследования звёзд до
расстояний в несколько сот световых лет позволило Струве заключить, что примерно половина из них обладает планетами (отсюда в формуле Дрейка P1 ≈ 0,5). К тому же, в нашей Галактике около 2% звёзд, очень похожих на Солнце.
Для оценки возможной дальности межзвёздных перелётов важно также, что Солнечная
система обращается вокруг центра Галактики. Данные об этом движении разноречивы, оценки периода вращения колеблются от 120 до 250 миллионов лет. Есть даже мнение, что орбита движения Солнца вокруг центра Галактики близка к круговой и тогда один оборот занимает миллиарды лет. Но большая часть исследователей считает, что вращение происходит по
сильно вытянутой траектории, временами существенно приближающей нашу звезду к центру
Галактики.
Если такие выводы верны, то каждые 120–250 миллионов лет Солнце оказывается в области Галактики с более высокой плотностью звёздного населения – средние расстояния
между звёздами (и дальность перелётов) там примерно вдесятеро меньше, чем в сегодняшнем окружении. Если свет от Проксимы идёт к Земле 51 месяц, то в центральной части Галактики свет от ближайшей звезды достигал бы нас, скажем, за 5 месяцев.
Ясно, что „посев” Жизни на планеты других звёзд легче всего производить во время пребывания „отправителя” и „получателя” в центральной, густо населённой звёздами области
Галактики, где расстояния между звёздами минимальны. При этом достаточно широкий выбор подходящих безжизненных планет для „посева” возникает уже в пределах расстояний
порядка 1 светового года. Примем эту цифру за основу расчёта.
Конечно, если бы такую задачу мы поставили перед собой сегодня, то нужно было бы
рассчитывать на дистанцию, хотя бы вдесятеро большую – 10 световых лет.
4.4.2. Минусы фотонной ракеты
Многие учёные связывают возможность межзвёздных перелётов с использованием фотонных ракет [Зенгер, 1958; Соколовский, Шилов, 1960], в которых источником энергии
служит процесс аннигиляции вещества и антивещества.
4
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
Продуктом аннигиляции становятся кванты излучения, которые могут отбрасываться параболическим зеркалом и создавать реактивную силу. Достоинством фотонных ракет является предельно высокая скорость истечения, что, теоретически, позволяет разгонять корабль до
околосветовых скоростей.
На рис. 4.3 приведен эскиз фотонной ракеты, иллюстрирующий представление о таких
аппаратах, сформировавшееся к концу 50-х годов 20-го столетия.
Рис. 4.3. Эскиз фотонной ракеты
[Соколовский, Шилов, 1960]
Этот эскиз соотносится с современными представлениями о фотонной ракете почти так
же, как рисунок корабля Н.И. Кибальчича – с проектом шатла. Более поздние работы
(например, [Бурдаков, Данилов, 1980]) показали, что, с учётом неизвестных ранее факторов,
облик фотонной ракеты должен существенно усложниться. В частности, выяснилось, что
аннигиляция протекает отнюдь не мгновенно, а это резко увеличивает размеры параболического зеркала
Стало ясно, что создание фотонной ракеты связано с очень большими трудностями.
Во-первых, трудно подготовить большое количество антивещества, необходимое для полёта. Даже при высоком коэффициенте полезного действия (КПД) процесса, на что
трудно рассчитывать из-за физических ограничений, на его выработку требуется баснословное количество энергии. Исключительно трудно сохранять полученное антивещество и доставлять его к звездолёту, так как оно аннигилирует при соприкосновении с любыми молекулами обычного вещества.
4.4.2. Минусы фотонной ракеты
5
Предположим, что твёрдое или жидкое антивещество удастся хранить, подвесив в вакууме с помощью волновых полей. Но даже то ничтожное количество газа, какое остаётся при
наилучшем доступном современной технике вакууме, вызывает паразитную аннигиляцию
хранимого антивещества, при которой уже не удаётся справиться с нагревом.
(Антивещество нельзя охлаждать никаким охлаждающим агентом, так как контакт с ним
вызывает аннигиляцию. Возможно охлаждение за счёт теплового излучения, но это противоречит желанию использовать в качестве антивещества наиболее простые молекулы антиводорода или антигелия и хранить их при криогенных температурах, при которых тепловое излучение как раз предельно мало. Антивещество может охлаждаться и собственным испарением, но образовавшийся газ тут же будет аннигилировать от соприкосновения со стенками
хранилища и вызывать сильнейший нагрев.)
Во-вторых, мешает многоступенчатость процесса аннигиляции и его заметная длительность. Протоны и антипротоны превращаются сначала в -мезоны, потом в -мезоны, в электронно-позитронные пары и, наконец, в кванты излучения. За время этих стадий процесса
частицы успевают разлететься на несколько километров. При этом -мезоны и -мезоны
временно образуют мезаатомы, которые, как и кванты излучения, не фокусируются магнитным полем. Их может фокусировать только зеркало многокилометрового размера.
В-третьих, проблематично создание для фотонной ракеты параболического зеркала с высоким коэффициентом отражения. Лучший из известных отражателей – полированный алюминий – при длине волны 0,2 мкм (характерной для излучения аннигиляции) поглощает 60%
падающих лучей. Ожидают более высокого отражения от сверхплотного потока электронов
[Бурдаков, Данилов, 1980], но проблематично формирование из него параболического зеркала соответствующего многокилометрового размера.
Чтобы сформировать подобное гигантское зеркало, нужны сверхмощные источники электронов. А, представьте, как сложно создать магнитные поля, способные придать многокилометровому зеркалу параболическую форму! Да ещё, сколько дополнительного вещества нужно взять с собой, чтобы компенсировать электрический заряд корпуса корабля, возникающий
из-за сверхмощной электронной эмиссии?! Ведь эта компенсация должна осуществляться путём выброса столь же мощной в электрическом смысле (а по массе – в 1836 раз большей)
струи протонов.
Учитывая трудности создания фотонной ракеты, ниже рассмотрен более простой и реалистичный вариант межзвёздного корабля, основанный на принципах, которые либо уже воплощены в действующие устройства, либо успешно осваиваются институтами разных стран.
4.4.3. Электрореактивный двигатель
Если отойти от принципа фотонной ракеты с её предельной скоростью реактивной струи,
равной скорости света, то ближайшим по этому параметру устройством окажется электрический реактивный двигатель, способный развивать околосветовую скорость вещества на выходе сопла [Гришин и др., 1975; Морозов, 1978]. В этом случае реальную скорость истечения
лимитируют не параметры реактивного двигателя, а ресурсы используемого энергоносителя.
Идею создания электрического реактивного двигателя (ЭРД) впервые высказал в 1911 г.
К.Э. Циолковский. Сущность её в том, что заряженные частицы (например, ионы) можно
разгонять до очень высоких скоростей с помощью электрического поля. Это позволяет
намного повысить скорость истечения вещества из сопла реактивного двигателя по сравнению с обычными ракетами, напрямую использующими энергию химических реакций. Эффективность двигателя зависит от скорости истечения реактивной струи, поэтому использование ЭРД является одним из важнейших направлений развития ракетной техники.
Большой шаг в практической разработке ЭРД сделал Валентин Петрович Глушко, памятник которому поставлен на родине, в г. Одессе. В 1929 г. он развил идею электрического
реактивного двигателя в работе “Металл как взрывчатое вещество”. Параллельно
В.П. Глушко создал и испытал (1929-1932 г.г.) первые наземные прототипы таких двигателей. Двигатели оказались удачными, но работы пришлось прекратить, т.к. известные в то
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
6
время физические принципы не позволяли создать на борту ракеты источники электроэнергии необходимой мощности.
После запуска первых спутников Земли интерес к электрическим реактивным двигателям
возродился. Возникли принципиально новые источники энергии – солнечные батареи и длительно работающие электрогенераторы на основе расщепляющихся ядерных материалов.
Это позволило применить электрические реактивные двигатели в длительно функционирующих космических аппаратах.
Рис. 4.4. Общий вид одной из моделей импульсного ЭРД.
Впервые ЭРД были практически использованы в СССР в системе ориентации аппарата
„Зонд-2”. Появился ряд разнообразных типов таких двигателей. Они были использованы,
например, в аппаратах „Янтарь”, „Метеор”, „ВЗА”, в ряде зарубежных моделей.
На рис. 4.4 показан общий вид импульсного, так называемого „пинчевого” ЭРД 1, разработанного в США. Каждый импульс реактивной струи получает энергию от разряда одного
из двенадцати конденсаторов, окружающих на рисунке расположенное в центре сопло. У
этой модели скорость реактивной струи на выходе сопла достигла 70 км/с (скорость газов на
выходе сопел обычных ракет, сжигающих химическое топливо, обычно не превышает
5 км/с).
Конечно, для межзвёздного корабля нужны иные модели двигателей – намного более
мощные, надёжные и эффективные, с более высокими скоростями истечения вещества. В
конструкциях сегодняшних двигателей улучшение параметров лимитировано длиной траектории разгона ионов и мощностью энергетической установки, т.е. ограничениями, вполне
преодолимыми у звездолёта.
Создание звездолётных ЭРД – сегодня уже задача не столько научная, сколько инженерная [Гришин и др., 1975; Морозов, 1978]. В нескольких разработках опыты подтвердили возможность разгона вещества реактивной струи до скоростей, близких к скорости света.
Вещество, истекающее из сопла ЭРД, обычно представляет собой положительно заряженные ионы, а в пределе – положительно заряженные ядра атомов, лишённые электронных
оболочек. Как и при эмиссии электронов, создающих параболическое зеркало фотонного
звездолёта, должна предусматриваться компенсация электрического заряда корпуса корабля.
Выбрасывание космическим кораблём только лишь положительных ионов создало бы на его
корпусе отрицательный потенциал, тормозящий реактивную струю. Поэтому одновременно с
формированием струи положительных ионов конструкторами ЭРД всегда предусматривается
и другая операция – создание струи отрицательно заряженных электронов.
1
„Пинч-эффектом” в данном случае назван эффект сжатия плазмы магнитным полем.
4.4.3. Электрореактивный двигатель
7
Серьёзной реактивной силы струя электронов не создаёт, поскольку они обладают, по
сравнению с ионами, в тысячи раз меньшей массой. С другой стороны, формирование электронного пучка не вызывает трудностей. Схема электронного ЭРД в общих чертах напоминает
электронный прожектор хорошо известного кинескопа, с той лишь разницей, что высокие
градиенты электрического поля и высокая плотность тока создают условия для автоэмиссии
электронов, так что подогрев катода становится ненужным.
В разработках ЭРД получили распространение так называемые мегаамперные ускорители. Подобные устройства потенциально являются мощным оружием, из-за чего журнальные публикации не отражают истинного уровня современных разработок. Однако известно,
что давно и намного превзойдены токи в пучке порядка 3·105 А при мощности 1012–1013 Вт в
импульсе.
Среди наиболее перспективных разработок ЭРД привлекают внимание двигатели на основе так называемых коллективных методов ускорения. Например, внутри кольцевого
пучка электронов, разогнанных до высоких скоростей, формируется более медленный поток
положительных ионов. Такая структура реактивной струи устраняет мешающее воздействие
заряда ионов на фокусировку ионного пучка, что позволяет сохранять его компактность и
увеличивает реальную скорость истечения. В опытном образце двигателя поток ионов азота
разгонялся до энергии в 60 МэВ внутри кольцевого удерживающего пучка электронов, разогнанных до субсветовой скорости [Бурдаков, Данилов, 1980].
Интересно, что в названных экспериментах скорость ионов уже превысила реальные потребности реактивных двигателей межзвёздных кораблей, поскольку удельное
энергосодержание наилучших энергоносителей (кроме антивещества) не позволяет разгонять
100% продуктов их сгорания до столь высоких скоростей.
Естественно, что параметры двигателя должны оптимизироваться в соответствии с общей
концепцией полёта. Желательно использовать в качестве вещества реактивной струи сами
продукты „сгорания” энергоносителя, а это определяет величину отбрасываемой массы. Скорость струи должна быть такой, чтобы на выходе реактивного сопла кинетическая энергия
продуктов „сгорания” энергоносителя равнялась (с учётом потерь) выделившейся энергии.
Таким образом, на многих космических аппаратах уже сейчас широко используются маломощные электрореактивные двигатели разных моделей, а в лабораториях и на испытательных стендах, хотя и для других (военных) целей, отрабатываются прототипы особо мощных двигателей будущих межзвёздных кораблей.
4.4.4. Энергетика корабля
Но что даст двигателям корабля нужную энергию, если не ориентироваться на использование антивещества?
Известно, что при термоядерной реакции синтеза гелия из водорода [Кравцов, 1974; Ситенко, 1983] на 1 кг гелия выделяется 6,45•1011 кДж энергии [Бурдаков, Данилов, 1980]. Этот
источник энергии настойчиво и достаточно успешно осваивается международными научными коллективами, поскольку в недалёкой перспективе именно он должен спасти Землю от
энергетического голода.
Одной из положительных сторон процессов термоядерного синтеза, по сравнению с расщеплением урана, является меньшее порождение радиоактивных веществ. При расщеплении
урана значительная часть выделяющейся энергии приходится на радиоактивные осколки
атомных ядер. В противоположность этому, обычный термоядерный синтез гелия из водорода
рождает только быстрые нейтроны и -частицы (ядра гелия), которые не радиоактивны. В
смысле возникновения новой радиоактивности, при термоядерном синтезе на первый план
выходит второстепенная причина – наведенная радиоактивность конструкционных материалов реактора, возникающая из-за трансмутаций ядер под воздействием быстрых нейтронов.
Однако исследования показали, что правильный подбор веществ позволяет свести эту радиоактивность к очень низкому уровню.
8
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
Для протекания реакции термоядерного синтеза нужна температура вещества порядка
50–100 миллионов кельвинов и высокая плотность. Совместно, эти параметры должны обеспечить сближение и столкновение ядер атомов вопреки их электростатическому отталкиванию. Разрабатываются два главных пути реализации термоядерного синтеза:
– нагрев плазмы электрическим током с одновременным сжатием её магнитным полем и
– сжатие (с одновременным нагревом) таблетки вещества сфокусированными лучами лазера.
Первый способ более удобен для генерирования электроэнергии, отчего ему уделяется
больше внимания (хотя для космического корабля ничуть не хуже и второй путь).
На рис. 4.5 показана схема реактора-токамака (токамак – тороидальная камера с магнитным полем), реализующего один из вариантов первого способа. Идею подобного реактора предложили в 1950 г. А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм. Позднее значительные усовершенствования внесли Л.А. Арцимович и его коллеги из Института атомной энергии им.
И.В. Курчатова. После опубликования этих (ранее секретных) работ к ним присоединились
исследователи других стран.
Рис. 4.5. Схема реактора-токамака
для управляемого термоядерного синтеза.
Кольцеобразный плазменный шнур, в котором протекает реакция, находится внутри тороидальной камеры токамака и разогревается током, индуцируемым с помощью трансформатора, расположенного в центре тора. Магниты тороидального поля удерживают плазму в
сжатом состоянии, а магниты вертикального поля обеспечивают устойчивое положение
шнура относительно тороидальной камеры.
За прошлые десятилетия конструкция токамаков интенсивно совершенствовалась. В разных странах создавались исследовательские реакторы со всё более высокими параметрами.
Главной трудностью, которую пришлось преодолевать, явилось нестабильное поведение
сжатой плазмы при высоких температурах (возникает турбулентный перенос частиц поперёк
силовых линий магнитного поля). Поэтому можно понять чувства исследователей, работавших на мощном экспериментальном реакторе JET (Joint European Torus), когда, наконец, оказалось, что „полученный результат полностью соответствует ожидаемым расчётным характеристикам” [Конн и др., 1992].
Это, конечно, не означало, что исследователями была получена устойчивая самоподдерживающаяся термоядерная реакция с высоким коэффициентом полезного действия (КПД).
Однако можно, как минимум, сказать, что был пройден этап неуверенных поисков правильного пути, и исследование стало всё больше переходить в область инженерных разработок.
4.4.4. Энергетика корабля
9
По сообщениям прессы, в 2005 г. должен вступить в строй международный исследовательский реактор-токамак ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), разрез
которого показан на рис. 4.6. Он должен стать „предпоследним шагом к освоению термоядерного синтеза”. Предполагается, что исследования на нём займут 13–15 лет, после чего,
если не встретятся новые трудности, можно будет приступить к созданию первого промышленного реактора.
Рис. 4.6. Международный проект реактора-токамака ITER.
Существенным дополнением к работам по управляемому термоядерному синтезу стали
успехи по реализации высокотемпературной сверхпроводимости, обещающие существенно
повысить КПД энергетических установок. Это важно потому, что для космического корабля
утилизация или отвод в пространство значительных количеств отходов низкотемпературного
тепла может представить собой довольно неприятную задачу.
*
*
*
Чтобы узнать крейсерскую скорость межзвёздного корабля, нужно сначала прояснить
ряд других вопросов. Какую схему имеет корабль как ракета? Если он является многоступенчатой ракетой, то сколько у него ступеней? На сколько разгонов и торможений должен
быть рассчитан запас горючего? Какой процент стартовой массы корабля отведен на горючее
и каков итоговый КПД его использования? Какой процент стартовой массы корабля должен
вернуться на родину (и должен ли вернуться)?
Может быть и так, что экспедиция предусматривает возвращение корабля на родину, и
тем ни менее, корабль не берёт с собой горючее для обратного пути. Посылая межзвёздную
экспедицию, высокоразвитая цивилизация заранее изучит планетную систему, куда полетит
корабль. Если подготавливалась экспедиция в Солнечную систему, то организаторы должны
были знать о планетах-гигантах с их сверхмощными атмосферами. Ведь достаточно кораблю
описать несколько витков на низкой орбите спутника Юпитера, Урана или Нептуна, чтобы
вдоволь запастись водородом для термоядерного реактора. Атмосферы этих планет содержат
молекулярный водород, а также метан, из которого можно выделять водород химическим
путём.
Наконец, можно запастись водородом даже в атмосферах Венеры или Земли. В земной
атмосфере с высотой увеличивается процентное содержание молекулярного водорода. В атмосфере Венеры содержится приблизительно по 0,1% аммиака и паров воды, из которых
10
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
легко может быть выделен водород. Это, конечно, не столь сказочные, как на Юпитере, но
вполне достаточные для космических полётов запасы термоядерного горючего. Причём, такую ситуацию нельзя считать уникальной. Планеты других звёзд, вероятно, обеспечены водородом примерно в такой же степени.
Исходя из подобных соображений, не станем и мы учитывать горючее для обратного пути. Примем, что корабль является одноступенчатой ракетой, что он несёт горючее на один
разгон и одно торможение, и что в сумме оно составляет 50% от стартовой массы корабля.
Тогда на разгон должно быть потрачено горючего 29,3% от стартовой массы, а на торможение – оставшиеся 20,7% (или 29,3% от массы корабля к началу торможения).
Применение многоступенчатой схемы и увеличение доли горючего повысило бы скорость
полёта. Поэтому нужно пояснить, почему автор ориентируется на одноступенчатую ракету и
отводит под горючее всего половину стартовой массы корабля, тогда как в существующих ракетах горючее в несколько раз превышает вес „сухой” ракеты.
При двухступенчатом разгоне необходимо также и двухступенчатое торможение. Иначе
говоря, только для полёта в одну сторону нужны четыре ступени, а с учётом обратного пути –
восемь ступеней. Это сильно затруднило бы организацию обратного полёта, что и определяет
целесообразность одноступенчатой ракеты. Тем более, что, с учётом трудоёмких работ по
подготовке мёртвой планеты к „посеву” Жизни, повышение скорости полёта при двухступенчатой ракете ещё не избавляет от смены поколений экипажа и лишь несколько уменьшает их
число.
Малая доля горючего в стартовой массе корабля объясняется наличием у него мощной
броневой защиты от метеоритов.
Сегодня нет достаточных сведений для вычисления КПД силовой установки межзвёздного корабля. Главную энергию термоядерного синтеза (гелия из водорода) несут возникающие
ядра гелия и часть (участвовавших в реакции и возвращающихся в неё) протонов. Предполагается, что их энергия используется достаточно полно. Значительной энергией обладают кванты излучения. Энергию этих квантов тоже желательно использовать, но пока не ясно, в
какой мере это удастся. Около 9% энергии безвозвратно уносится образующимся потоком
нейтрино. Хорошо уже, что нейтрино практически не взаимодействуют с веществом корабля,
и их энергия не переходит в тепло, которое нужно было бы отводить или утилизировать.
В перспективе, общий КПД преобразования энергии термоядерного горючего в энергию
реактивной струи межзвёздного корабля можно оценить в 80%. Конечно, при существующей
технике такой высокий КПД недостижим. Но ведь рассматриваются не наши, а принципиальные возможности! Недавно и высокотемпературная сверхпроводимость выглядела элементом фантастики, а сейчас уже ждём появления сверхпроводников в продаже!
При таком КПД весь гелий, образовавшийся из водорода, может быть разогнан в сопле
электрореактивного двигателя до 10,7% от скорости света, т.е. до
Wc = 32000 км/с.
Разгон нейтральных атомов гелия до 32˙000 км/с для современной техники невозможен. (Правда, нейтральные атомы можно разогнать до высоких скоростей лазерным излучением, но этот метод пока мало изучен.) В электрореактивных двигателях атомы разгоняются
до нужных скоростей электрическим полем, для чего они предварительно должны быть ионизированы, например, частично или полностью лишены электронных оболочек. Превращение
атомов гелия в ионы тоже требует интенсивных электрических полей, так как электронные
оболочки атомов гелия очень устойчивы. Но на межзвёздном корабле такая проблема не возникнет, так как термоядерный синтез создаёт не атомы, а лишь ядра атомов гелия, которые
как раз и представляют собой максимально заряженные положительные ионы.
Поскольку периоды работы двигателей межзвёздного корабля составляют лишь единицы
процентов от продолжительности полёта, общее энергоснабжение корабля нет смысла связывать с работой двигателей. Поэтому генератор энергии (реактор термоядерного синтеза),
обслуживающий электрореактивный двигатель, может быть слит с ним в единый агрегат.
Надо думать, между реактором и двигателем, в схему агрегата войдёт и некий сепаратор в
виде грубого масс-спектрографа, отделяющего синтезированные ядра гелия от других частиц
4.4.4. Энергетика корабля
11
плазмы. На вход агрегата должно поступать термоядерное горючее – водород, а на выходе
должна формироваться мощная струя ядер гелия в окружении кольцевого пучка электронов.
Таким образом, движущая установка межзвёздного корабля, вероятнее всего, будет
представлять собой агрегат, объединяющий три устройства – реактор термоядерного синтеза,
масс-спектрограф, отделяющий от „новорождённых” ядер гелия непрореагировавшие ядра
водорода, с возвратом их в зону термоядерной реакции, а также собственно электрореактивный двигатель. Для создания возможности маневрирования, агрегат может включать в себя
не один, а, скажем, пять автоматически переключаемых электрореактивных двигателей –
один центральный и четыре крестообразно расположенных боковых двигателя.
Скорость корабля, достигнутая в конце разгона (без учёта пренебрежимо малых в данном
случае эффектов теории относительности), определяется известной формулой:
Vk = 2,303·Wc·lg Mo/Mk ;
где Vk – скорость корабля в конце разгона;
Wc – скорость истечения вещества из сопла двигателя;
Mo/Mk – отношение стартовой массы корабля к его массе в конце разгона.
Отсюда для нашего случая:
Vk = 2,303·32'000·lg 1/0,707 = 11'000 км/с.
Следовательно, крейсерская скорость корабля составит 3,67% от скорости света. Один
световой год соответствует расстоянию в 9,4605·1015 м. Будем считать, что на разгон и торможение корабля затрачивается дополнительно 5% времени. Тогда, с учётом указанной
крейсерской скорости, полёт в одну сторону на расстояние в 1 световой год займёт 28,6 лет.
4.4.5. Противометеорная защита
При постоянстве ускорения, если на разгон и торможение корабля, как нами принято в
расчёте, дополнительно затрачивается 5% от 27,27 лет или 1,36 года, то каждая из этих операций в отдельности тоже занимает по 1,36 года (т.е. по пройденному пути за время разгона
и торможения теряется 50%). Следовательно, разгон от нуля до крейсерской скорости
Vk = 11'000 км/с произойдёт за 1,36 года или за 4,29·107 с. Отсюда ускорение разгона корабля
составит всего 0,256 м/с2. На Земле ускорение свободного падения тел равно около 9,8 м/с2.
Другими словами, ускорение разгона корабля окажется в 38 раз меньше знакомого нам ускорения свободного падения.
Такая ситуация складывается оттого, что тяга электрореактивных двигателей межзвёздного корабля мала по сравнению с массой корабля. На основных параметрах экспедиции этот
факт сказывается слабо, продолжительность полёта на расстояние в 1 световой год увеличивается по этой причине всего на 5%. Правда, малая тяга двигателей на единицу массы корабля не позволяет опускаться на поверхность крупной планеты и стартовать с неё. Но эту трудность легко обойти, имея космические „шлюпки”. Что, действительно, плохо – малая тяга
двигателей по сравнению с массой корабля сильно уменьшает возможности корабля уклоняться от ударов метеоритов.
При ускорении 0,256 м/с2, чтобы сместить корабль на 1 км, нужно затратить 125 секунд.
Следовательно, команда на резкое смещение корабля должна быть подана, и двигатели
должны быть переориентированы и включены на полную мощность тогда, когда опасный
объект ещё находится на расстоянии, примерно:
11'000 км/с • 125 с = 1'375'000 км.
В действительности, учитывая реальные размеры корабля, чтобы он уклонился от метеорита, нужно сместиться много больше, чем на 1 км.
Между тем, на каждый квадратный метр лобовой поверхности корабля, за время полета на расстояние в 1 световой год, обрушивается всё вещество, содержащееся в десяти
миллионах кубических километров космического пространства! И на соседний квадратный метр – столько же. Пренебрежём атомами, молекулами и ионами, содержащимися в
этом объёме и порождающими при столкновении с кораблём далеко не безобидные эффекты.
12
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
Но при такой скорости столкновения невозможно пренебречь микрометеоритами, не говоря
уже о более крупных телах.
Представим себе электропоезд весом 500 тонн, движущийся со скоростью 120 км/час и
налетевший на скалу. Кинетическая энергия удара составит:
Е = M·V2/2 = 5,0·105 кг·33,32·0,5 м2/с2 = 2,77·108 Дж.
Аналогично, при столкновении неподвижного метеорита весом в 1 г с кораблём, летящим со скоростью 11'000 км/с, энергия удара составит 6·1010 Дж, что в 217 раз больше
предыдущего. Другими словами, даже подобный миниатюрный метеорит произведёт на корабле разрушения, сопоставимые с катастрофой двухсот идущих на полном ходу поездов!
Представим себе, что межзвёздный корабль способен без повреждений выдержать удар,
по энергии эквивалентный катастрофе одного поезда. Если поперечный размер корабля не
превышает 2 км (в действительности он, как увидим, намного больше), чтобы не превысить
такую норму, нужен локатор, способный обнаружить камешек массой в 5 миллиграмм за
125 секунд до столкновения, т.е. на расстоянии, вчетверо большем, чем от Земли до Луны!
Но даже такая фантастически изощрённая аппаратура не позволит избежать столкновения
при встрече с роем, скажем, из десятка микрометеоритов. Отсюда можно заключить, что
столкновения корабля с мелкими метеоритами, практически, неизбежны.
Риск катастроф, подстерегающих межзвёздный корабль, имеет очень высокую цену.
Ведь подготовка экспедиции такого масштаба требует максимального напряжения усилий
пославшей его цивилизации, и повторить экспедицию непросто. Гибель корабля не только
вычеркнет из жизни находящийся на борту экипаж, но оставит безжизненной планетную систему, в которую экспедиция несла Жизнь. Поэтому надо думать, что конструкторы постараются обеспечить очень высокий уровень безопасности корабля.
Сегодняшнее состояние астрономии, к сожалению, обуславливает неопределённость в
оценке степени метеоритной опасности. Дело в том, что различные методы исследований
дружно говорят о существовании во Вселенной некой скрытой массы, намного превышающей массу известного астрономам вещества, но не раскрывают природу этой скрытой массы.
„Даже для совокупности звёзд в окрестностях Солнца – число таких звёзд близко к исчерпанию – динамическая масса оказывается вдвое больше суммы масс индивидуальных звёзд. В этом случае можно гадать о планетных системах, или о тёмных звёздах с массой меньше 0,05 (массы Солнца), или о массивных чёрных дырах.” [Мартынов, 1988]
Обычно, в поисках скрытой массы, астрономы предполагают, что она заключена в какомто одном виде материи или небесных объектов. Но ведь нельзя исключить и другую возможность – что она включает в себя несколько типов образований. Часть скрытой массы может
быть представлена метеоритами, в том числе, микрометеоритами, заполняющими межзвёздное пространство.
Природа астрономических приборов такова, что они регистрируют несветящееся вещество Вселенной тем лучше, чем сильнее оно рассеяно. Например, хорошо изучено, сколько
атомов и ионов водорода приходится на кубометр пространства в далёких от нас зонах космической пустоты. А вот разглядеть скопление многих миллионов таких крупных тел, как
кометы в облаке Оорта, на окраине нашей собственной Солнечной системы – астрономы
не могут, и облако фигурирует лишь как результат теоретических изысканий. Ещё нагляднее
эта тенденция проявилась в поясе астероидов, в сотни раз более близком, чем облако Оорта –
в затрагиваемом орбитой Плутона так называемом поясе Койпера. Вопреки сравнительной
близости, мы можем наблюдать небесные тела этого пояса только при их случайном приближении к Земле.
Пояс Койпера состоит из зарождающихся комет, и небесных тел, слишком малых, чтобы
считать их планетами. По современным оценкам, полная масса всех тел этого пояса составляет от четверти до половины массы Земли. Наибольший объект (кроме Плутона, который отдельные исследователи также относят к этому поясу) имеет в поперечнике несколько сотен
километров.
4.4.5. Противометеорная защита
13
Мы склонны оценивать метеоритную ситуацию во Вселенной по той плотности расположения метеоритов в пространстве, какая свойственна окрестностям Земли. Но общепризнанно, что вблизи звезды подавляющую часть метеоритов, как правило, „сметает” вращающееся вокруг неё облако газа. Действие этого облака, по мнению астрономов, сходит на нет
где-то за орбитами крайних планет. Поэтому, полагают, и сохранилось „облако Оорта” из
миллионов комет – в десятки тысяч раз дальше от Солнца, чем Земля.
Соответственно, вероятность встреч с мелкими метеоритами в промежутках между звёздами может оказаться намного более высокой, чем мы оцениваем по наблюдениям с орбиты
Земли. Ощутимая часть скрытой массы Вселенной может быть представлена как раз наиболее опасными метеоритами весом от миллиграмм до килограмма (более крупные – легче обнаружить издали, что позволяет уклоняться от столкновений).
Когда общая продолжительность экспедиции измеряется десятками (если не сотнями)
лет, разумных существ, находящихся на борту межзвёздного корабля, трудно назвать экипажем. Скорее, это обитатели небольшой искусственно созданной планеты. Если они не прибегают к анабиозу, за полное время экспедиции (включая подготовку условий жизни на мёртвой планете) должно смениться несколько поколений. Они родятся, проведут всю жизнь и
умрут на корабле, жертвуя многим. Они лишаются контактов с огромным миром своей цивилизации, теряют широту выбора профессий и хобби, возможность занятий многими видами спорта, смены впечатлений в туристских поездках и т.д. Вероятно, разработчики корабля
сочтут недопустимым снижать, в дополнение ко всему, и безопасность участников полёта.
Даже для успеха предприятия желательно, чтобы полёт был не многолетним коллективным подвигом, а более или менее нормальной жизнью. Только цивилизация, проходящая
детский этап развития и не ценящая жизнь, воспринимает как должное, например, результат
первого кругосветного путешествия, в котором из пяти посланных кораблей до конца дошёл
только один (три погибли, один тайком повернул назад) и посреди маршрута погиб руководитель экспедиции – Фернан Магеллан. Более зрелая цивилизация не считала бы такие потери
нормальными и оправданными.
Таким образом, с одной стороны, видна высокая опасность столкновений межзвёздного
корабля с метеоритами, и малая надежда уклониться от них за счёт маневрирования, а с другой стороны – абсолютная недопустимость повреждений корабля и гибели экипажа.
Наконец, важен ещё один фактор. Представим себе не полёт в нашу эпоху от Земли к
другим звёздам, а предполагаемый полёт 3,9 млрд. лет назад от звезды „Отцов” к тогда ещё
безжизненной Земле. Ради многократного сокращения времени полёта он, скорее всего, был
приурочен к „моменту” прохождения Солнцем и „Отцами” области, близкой к центру Галактики, где средние расстояния между звёздами примерно на порядок меньше, чем в нашем сегодняшнем окружении. Соответственно, в этой области и плотность звёздного населения, и
плотность засорения пространства метеоритами раз в тысячу выше. В тех условиях, несмотря на сокращение дальности полёта, суммарная интенсивность метеоритной бомбардировки
корабля за время полёта должна быть приблизительно в сто раз выше, чем при полёте из
нашей нынешней позиции.
Если сравнивать три возможных способа защиты от метеоритов – автоматическое маневрирование корабля, уничтожение метеоритов лучами лазеров и броневую защиту – то в разных условиях предпочтительными окажутся разные варианты. Не вдаваясь в технические
подробности, можно подытожить, что при очень малой плотности метеоритов в пространстве предпочтительно маневрирование, при средней плотности – уничтожение метеоритов
лучами лазеров, а при высокой плотности, вероятно, более всего соответствующей условиям
реальных полётов, оптимальным вариантом является создание мощной броневой защиты корабля, особенно, его лобовой поверхности.
Характерно, что корабль меньше ощутит удар метеорита, если его броня не будет жёсткой и монолитной, если она будет напоминать не столько броню танка, сколько мешок с песком. Такую броню и легче реализовать – достаточно собрать осколки астероидов да закрепить их сетью на поверхности корабля.
14
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
Конструкция брони, по существу, не влияет на эффективность защиты, так как при столь
высоких скоростях столкновения (порядка 11'000 км/с) соседние области вещества брони не
успевают принять участие в реакции на удар. Ударная волна распространяется во все стороны со скоростью звука, т.е. в тысячи раз медленнее, чем движется метеорит относительно
корабля. Поэтому противодействие метеориту оказывает вещество только тех зон, которые
он непосредственно пронизывает, и с этой точки зрения, не существенно – представляет ли
это вещество собой монолитную броню или груду камней.
4.4.6. Проблема численности экипажа
Таким образом, мы пришли к концепции межзвёздного корабля с термоядерной энергетической установкой, электрореактивными двигателями, мощной противометеорной бронёй
и крейсерской скоростью порядка 1/30 от скорости света.
В данной работе нет возможности углубляться в вопросы, связанные с массой или размерами межзвёздного корабля. Проблема размеров и массы, как показывает опыт, не является в
инженерной практике решающей. Даже при крайне низком уровне техники люди построили
пирамиду Хеопса. Существуют танкеры водоизмещением в полмиллиона тонн и более.
Дальнейшее увеличение их размеров признано нецелесообразным не из-за сложности технологий, а из-за трудностей прохождения проливов. Иначе говоря, люди создали корабли, размеры которых ограничиваются параметрами Земли как небесного тела!
Созданию межзвёздного корабля не могут препятствовать ни большая масса, ни сроки
сооружения, выходящие за пределы жизни одного поколения. Человечество имеет опыт многовекового сооружения храмов. Почему бы этой тенденции ни продолжиться в космической
инженерии? К тому же, уже накоплен солидный опыт использования специализированных
роботов, легко справляющихся с очень большими объёмами однотипных работ. Поэтому, если для межзвёздного перелёта понадобится корабль даже очень больших размеров, это не
перечеркнёт возможности экспедиции.
С другой стороны, совершенно уйти от проблемы размеров корабля тоже нельзя. Поэтому ограничимся несколькими соображениями, которые могут быть упущены Читателем из
виду, так как они не слишком очевидны.
При длительности перелёта 28,6 года невозможно считать, будто на этом экспедиция заканчивается. Далее следуют трудоёмкие работы по подготовке мёртвой планеты к „посеву”,
сам „посев” и обязательный период наблюдения за результатами. После завершения всех
работ (хотя трудно определить, сколько должно продолжаться наблюдение) перед экипажем
будет выбор – возвращаться на Родину, или оставаться в системе новой звезды, скажем, чтобы после заправки водородом понести отсюда Жизнь далее? В любом случае, (если только не
прибегать к анабиозу) на корабле должна быть обеспечена естественная смена поколений.
Если при использовании анабиоза численность экипажа определяется исключительно
потребностями активной фазы экспедиции, то в случае нормальной смены поколений проблема резко усложняется. Тогда, при многолетнем полёте, начинает действовать ряд факторов, лимитирующих минимальную численность экипажа, и его приходится рассматривать
как полностью изолированную популяцию, устойчивость которой зависит от численности.
*
*
*
В те времена, когда Северная Америка лишь осваивалась переселенцами из Европы, там
жили огромные стаи птиц, названных странствующими голубями. Они были похожи на знакомых нам диких голубей, но по размерам соответствовали, приблизительно, гусю. Их было
так много, что когда стая садилась на поле, птицы громоздились друг на друге в пять-шесть
ярусов. Переселенцы (абсолютно не думавшие об экологии, в отличие от индейцев) сотнями
убивали птиц дубинками, не сообразуясь даже с тем, удастся ли съесть столько мяса.
Когда в 19-м веке учёные подняли тревогу и попытались спасти этих птиц от полного
уничтожения, в зоопарках и заповедниках их сохранилось более двух тысяч. Но, даже собрав
птиц воедино и поместив в идеальные условия, спасти этот вид уже не удалось. Так люди
4.4.6. Проблема численности экипажа
15
узнали, что для каждого биологического вида существует критический порог численности
популяции, ниже которого вид исчезает. В ряде случаев этот минимальный порог оказывается неожиданно высоким.
На островах Тихого океана известны племена полинезийцев, иногда численностью в сотню человек. Каждое из племён является относительно изолированной частью человечества
(хотя острова часто связывают между собой перекрёстные браки). Они более или менее
устойчиво существуют на протяжении многих поколений, что может навести на мысль, будто такая же численность была бы достаточна и для устойчивого существования многих поколений экипажа межзвёздного корабля. Да, была бы достаточна, если бы экипаж мог ограничиться культурным и научным уровнем полинезийского племени.
Изолированные малочисленные племена Полинезии не случайно находятся на очень
низком уровне культурного, а тем более, научного развития. Хотя эти племена родственны
коренным народностям Америки и Азии, все они очень сильно отстали от уровня развития
своих континентальных сородичей. Размеры изолированного сообщества жёстко лимитируют развитие культуры, науки и производительных сил. Этим же объясняется более низкий
уровень культуры сельских посёлков, а тем более – хуторов, по сравнению с городами, провинций – по сравнению со столицами. (Возможно, изменит ситуацию распространение спутниковой связи, компьютерных сетей, Интернета, объединяющих людей в единое информационное сообщество, независимо от места проживания.)
Но есть и другие факторы, влияющие на численность экипажа межзвёздного корабля.
Представим себе фантастическую картину, будто смена поколений должна происходить на
атомном авианосце, будто он отправляется в совершенно автономное плавание на 200 лет и
при этом нельзя допустить ни малейшего снижения боевой мощи корабля. Тогда численность
экипажа должна резко возрасти. При сроке службы 25 лет и средней продолжительности
жизни 75 лет численность людей на корабле только по этой причине должна увеличиться
втрое. Авианосец должен будет обзавестись несвойственными ему службами и структурами,
начиная от роддома и яслей, через детсад, школу, военное училище и университет, вплоть до
пансионата для престарелых.
Но ведь и это не всё! Вспомним, какое на авианосце соотношение мужчин и женщин!
Вспомним, из какого количества населения сегодня отбирается экипаж авианосца. Как не
каждый молодой человек пригоден для бизнеса, для научной работы, точно так, далеко не
каждый по физическому развитию, по свойствам психики пригоден для службы на авианосце.
Значит, в новых поколениях не все мужчины смогут использоваться в команде корабля. Какую-то часть выросших на корабле молодых людей нельзя будет привлекать к обслуживанию
сложной техники. Им придётся искать другие профессии, не свойственные данному кораблю,
скажем, становиться художниками, артистами и т.п. А ведь космонавты отбираются намного
придирчивее, чем команда авианосца! Вывод – для сохранения боеспособности авианосца его
экипаж должен ещё более увеличиться.
Малая численность экипажа межзвёздного корабля таит много подводных камней. При
нормальной смене поколений и сравнительно малочисленном экипаже может случиться так,
что в полёт отправятся лучшие представители высокоразвитой цивилизации, а их потомки
постепенно переродятся в племя цивилизованных дикарей, не способных, при необходимости, модифицировать корабельные компьютерные программы. Ситуацию мог бы улучшить
смешанный вариант, когда бóльшая часть команды корабля живёт в условиях нормальной
смены поколений, а кроме того, небольшая часть исходного экипажа на протяжении полёта
находится в анабиозе, и пробуждается лишь к началу активной фазы экспедиции, обеспечивая её должный уровень.
Но и в этом случае не всё просто. От поколения к поколению мировоззрение экипажа корабля может удаляться от взглядов исходной цивилизации, так что после пробуждения спящих представителей первого поколения экипажа их мысли и действия могут оказаться совершенно непонятными или даже неприемлемыми для остального экипажа. Вероятность подобных конфликтов тем меньше, чем меньше жизнь экипажа (и в том числе, уровень решаемых проблем, уровень развития науки, общественная жизнь корабля) отличаются от соответствующих характеристик исходной цивилизации. В конце концов, вероятность таких конфликтов, тем ниже, чем большей частью исходной цивилизации является экипаж.
4.4.7. Общая концепция корабля
Наиболее вероятны два варианта межзвёздной экспедиции. Первый случай – разведочный полёт с погружением экипажа на время полёта в анабиоз. При этом численность экипажа невелика, не нужно организовывать смену поколений, допустимо некоторое повышение
риска, ослабление противометеорной брони, увеличение за этот счёт запаса горючего, повышение скорости полёта, сокращение общей продолжительности экспедиции.
Второй случай – рабочая экспедиция, перед которой стоят большие и сложные задачи,
возможно даже, задача переселения какой-то части цивилизации на планеты другой звезды.
Корабль такой экспедиции должен иметь гораздо большие размеры, чем в первом случае.
Его броня должна быть абсолютно надёжной, относительный запас термоядерного горючего
(сжиженного водорода) и скорость полёта – поневоле уменьшенными.
На рис. 4.7 приведена ориентировочная схема корабля второго типа.
1
2
3
8
4
9
5
6
7
10
11
Рис. 4.7. Схема межзвёздного корабля с термоядерным горючим и
электрореактивными двигателями.
На схеме обозначены: 1 – вращающаяся герметичная сфера на магнитной подвеске,
внутри которой расположены жилые и большая часть служебных помещений („сфера жизни”); 2 – цилиндрическая поверхность, где вращением создана искусственная сила тяжести и
протекает основная часть жизни обитателей корабля; 3 – „цитадель” – помещение, снабжённое автономными средствами жизнеобеспечения и спасения на случай аварийных ситуаций;
4 – внутреннее искусственное „солнце” корабля; 5 – герметичная оболочка „сферы жизни”; 6
– силовой остов корабля; 7 – насыпная каменная противометеорная броня; 8 – пояс резервуаров с термоядерным горючим; 9 – помещение для энергетических и вспомогательных уста-
4.4.7. Общая концепция корабля
17
новок корабля; 10 – электрореактивные двигатели корабля; 11 – ось вращения „сферы жизни” (не меняющая ориентации в пространстве при маневрировании).
Построение корабля подчинено, в первую очередь, обеспечению наиболее удобных,
комфортных условий для всего экипажа. Благодаря равномерному вращению „сферы жизни”, на её внутренней цилиндрической поверхности создаётся привычная и стабильная сила
тяжести. Магнитная подвеска „сферы жизни” обеспечивает неизменность параметров её
вращения, независимо от маневрирования корабля, например, при автоматическом изменении курса при встрече с крупными метеоритами. По прикидкам, диаметр „сферы жизни”
должен составить несколько десятков километров. Кроме жилых, рабочих и других помещений, здесь должны быть, в миниатюре, свои леса, поля, река, озёра и даже горы с соответствующей флорой и фауной.
Как отмечалось выше, электрореактивные двигатели создают ускорения, мало ощутимые
по сравнению с силой тяжести. Поэтому их работа останется для обитателей корабля незаметной. Большой объём воздушного пространства внутри „сферы жизни” и использование
единого искусственного солнца позволяют создать условия, очень близкие к природным,
обеспечить привычные условия для животных (в том числе, птиц) и растений.
Схема предусматривает возможность спасения экипажа и завершения экспедиции даже
при серьёзных повреждениях корабля метеоритами. Например, если окажутся повреждёнными (что маловероятно) несколько резервуаров с водородом, так что нехватка горючего не
позволит затормозить всю массу корабля, то перед началом торможения можно сбросить
часть насыпной брони и уверенно затормозить оставшуюся массу. Если метеорит пробьёт
оболочку „сферы жизни”, экипаж может переждать ремонт в цитадели и т.д.
*
*
*
Перед нами облик межзвёздного корабля, далёкий от прежних схем. Корабль похож, скорее, на астероид или комету, чем на ажурную конструкцию, показанную на рис. 4.3. Это заставляет задуматься, припомнить – а не наблюдалось ли в Солнечной системе похожих тел?
Оказывается, некоторые наблюдения дают поводы для удивительных аналогий.
Астроном Денниг из Бристоля открыл комету 1881 V (пятая комета 1881 года), которая
имела вид туманного дискообразного пятнышка со светящимися точками в центре, и практически не имела хвоста – основного украшения почти всех комет. Удивляла её траектория, которую трудно считать случайной – комета очень близко подошла к Земле (до 6 млн. км) и к
Марсу (до 9 млн. км), прошла вблизи орбит Венеры (3 млн. км) и Юпитера (24 млн. км) [Бурдаков, Данилов, 1980]. Опыт показывает, что для выбора траектории, проходящей близко от
нескольких планет (например, по американской программе „Большой тур”), потребовалось
очень тщательно рассчитывать параметры полёта и десятилетиями дожидаться подходящего
момента. Поэтому возникает сомнение – а можно ли считать траекторию кометы 1881 V случайной?
Комета 1926 III удивила астрономов тем, что положение её хвоста не зависело, как это
нормально бывает, от Солнца. Хвост поворачивался в пространстве, казалось бы, совершенно
произвольно, да и сама комета отклонялась от вычисленной для неё траектории до 4', что
можно объяснить лишь значительной реактивной силой вытекающих газов. [Бурдаков, Данилов, 1980]
Но, пожалуй, наибольший переполох внесла обнаруженная в 1956 году комета Аренда
– Ролана (комета 1956h). Она удивила исследователей следующими особенностями:
1. Комета имела, как нередко бывает, два хвоста, которые, однако, нарушали принятую
классификацию. Один из них (первого типа по Ф.А. Бредихину) оказался связанным с внутренней очень размытой головой кометы, напоминающей луковицу, а другой (второго типа) –
с внешней головой, имеющей чёткие параболические очертания, тогда как по теории всё
должно быть как раз наоборот.
2. Первый хвост имел непрерывный спектр, чего у хвостов такого типа никогда не
наблюдалось. Чтобы объяснить результаты наблюдений, пришлось допустить, что скорость
истекающих частиц превышает 3000 м/с, тогда как для достижения таких скоростей на выходе сопел инженерам приходится придавать им особый профиль, тщательно рассчитываемый
на основе данных о химическом составе и температуре истекающих газов. Другими словами,
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
18
естественное возникновение таких высоких скоростей истечения вряд ли возможно.
3. После 22 апреля 1957 года кроме „обычного” хвоста появился совершенно удивительный хвост, направленный, вопреки всем законам, в сторону Солнца1. Таких хвостов у
комет никогда не наблюдалось. Что это? Работа двигателя торможения? Спектр аномального
хвоста не был сплошным, как это бывает у пылевых хвостов. Сначала хвост был узкий „как
копьё”, но по мере поворота плоскости кометной орбиты относительно земного наблюдателя
принял вид хорошо очерченного расходящегося луча. В начале мая он исчез так же резко,
как появился, словно после чёткого включения двигателя произошло чёткое выключение. Ранее подобные феномены никогда не наблюдались.
4. 10 марта 1957 года было зарегистрировано радиоизлучение кометы на частоте
27,6 МГц. Интенсивность излучения колебалась примерно до  30% (амплитудная модуляция?), а источник располагался в хвосте, на значительном удалении от головы кометы. Интенсивность радиоизлучения ежедневно усиливалась и была наибольшей в период с 16 по 19
апреля, т.е. накануне появления аномального хвоста. Начиная с 20–21 апреля, перед „включением” аномального хвоста, источник радиоизлучения стал удаляться в направлении, противоположном Солнцу, и несколько более чем через месяц после начала функционирования
он перестал регистрироваться.
5. 9 апреля 1957 года бельгийскими исследователями было зарегистрировано высокостабильное по амплитуде и частоте радиоизлучение кометы на волне 0,5 м
(600 МГц). Информационная роль этого немодулированного сигнала (если это был сигнал)
осталась непонятной.
Исследователи отмечают, что аномалии кометы 1956h удивительно сходятся с тем, что
наблюдалось бы при работе в космосе одной из разновидностей двигателей будущих межзвёздных кораблей [Бурдаков, Данилов, 1980]. Многосуточное существование аномального
хвоста кометы (возник 22 апреля, а исчез в начале мая) перекликается с приводившимися
выше данными о малой силе тяги электрореактивных двигателей по сравнению с массой корабля, а из-за этого – с малыми ускорениями разгона и торможения. Существование реактивной струи в течение нескольких суток (тогда как разгон или торможение длятся многими месяцами) очень похоже на небольшую коррекцию орбиты.
Возможно, модулированное радиоизлучение на частоте 27,6 МГц принадлежало выпущенному кораблём исследовательскому зонду, и могло быть попыткой установления связи с
нами. Но так как этот сигнал остался непонятым, и мы на него не ответили, экипаж корабля
счёл нас ещё не подготовленными для подобных контактов, и зонд ушёл в сторону от Земли.
Высокостабильное по амплитуде и частоте радиоизлучение на волне 600 МГц могло являться
сигналом, который корабль-разведчик направил своей далёкой родине, и который должен
был означать неудачу контакта с цивилизацией данной звезды. В случае успешного контакта,
такой же длительный, высокостабильный сигнал, пригодный для приёма на очень большом
расстоянии, послали бы на другой условной частоте.
*
*
*
Реальность может внести в конструкцию корабля много изменений по сравнению со схемой рис. 4.7. При разработке космической техники всегда возникает множество остроумных
инженерных находок, „ноу-хау”, изобретений и научных открытий, существенно повышающих параметры корабля и часто до неузнаваемости меняющих его первоначальный облик.
Как отмечалось выше, в определённых условиях полёта возможно создание активной защиты от метеоритов, например, путём испарения (или отталкивания) их лучом лазера или
мощным пучком частиц. Это уменьшило бы массу противометеорной брони и увеличило бы
долю топлива в стартовой массе, а значит, повысило бы крейсерскую скорость.
Выигрыш в скорости может быть получен и при использовании автоматического корабля-заправщика, стартующего одновременно с основным кораблём и передающего ему горючее после разгона. Возможно использование схемы многоступенчатой ракеты с сооружением
новых ступеней для обратного пути из веществ достигнутых планет, на основе главных элементов (токамака, двигателей), привезенных в трюмах основного корабля. Аналогично,
1
Форма нормальных кометных хвостов определяется давлением солнечных лучей, из-за чего они
всегда лежат с противоположной от Солнца стороны по отношению к голове кометы.
4.4.7. Общая концепция корабля
19
можно представить себе перевозку в трюмах корабля главных элементов кораблязаправщика для обратного пути, с сооружением и заправкой его из веществ достигнутой
планетной системы и т.д. Поэтому можно ожидать, что реальный межзвёздный корабль окажется намного совершеннее бледной схемы, полученной при эскизной проработке.
Учитывая все эти данные, перенос Жизни от звезды к звезде оказывается достаточно реальным. Уже известны физические, химические и прочие законы, подготовившие фундамент
инженерных разработок межзвёздных кораблей. Более того, техника реально продвинулась в
создании основных систем межзвёздного корабля – электрических реактивных двигателей и
термоядерной энергетической установки. Совершенствование некоторых узлов идёт и в ходе
решения совсем иных задач (например, разработка мощных электрореактивных двигателей
как „пучкового” оружия).
Конечно, расстояния между звёздами велики и, если не выбрать благоприятное время
старта, длительность полёта существенно превысит сроки жизни разумного существа, смена
поколений станет неизбежной. Но даже такая длительность не перечёркивает принципиальную возможность переноса Жизни на мёртвые планеты других звёзд. Здесь уж, действительно, цель оправдывает средства!
Мы привыкли к жизни преимущественно в постоянной точке планеты, в определённой
квартире, избе, хижине. Однако жизнь многих поколений может протекать и на транспортном
средстве, в постоянном движении. Миллионы китайцев родились, выросли и состарились на
рыбачьих джонках, практически не ступая на твёрдую землю. Однако, зачем ходить так далеко? Разве нет подобных примеров поближе?
Автору пришлось видеть ползущую за буксиром баржу, явно служившую домом нескольких поколений речников. На тесной палубе женщина в матросской тельняшке учила карапуза
делать первые шаги, по крышам трюмов бегала вихрастая девчонка детсадовского возраста,
усатый шкипер в рубке изредка отрывался от чистки рыбы и вертел штурвал, зорко наблюдая
за происходящим, а на корме, как флаги расцвечивания, трепетали сушившиеся пелёнки.
Только традиция оседлой жизни (которой ничуть не завидуют кочевые народы) рисует
десятки и сотни лет существования разумных существ в летящем корабле как нечто чудовищное. Для тех же, кто выбрал такую судьбу, или кто родился на летящем корабле, подобная жизнь должна выглядеть столь же нормальной, как нам – жизнь в городе, наполненном
шумом, смрадом и суматохой. Немаловажно также, что обитателей корабля должна воодушевлять и поддерживать мысль об их почётной миссии – подарить Жизнь мёртвой планете.
Говоря о возможных сроках межзвёздных полётов землян, нужно помнить, что их задача
– не экскурсии или визиты вежливости к соседней цивилизации (любопытство лучше удовлетворять автоматическими зондами). Главная задача – распространение Жизни, а это требует решения более широкого круга задач, чем одно лишь сооружение корабля. Его экипаж
должен обладать средствами для радикального воздействия на природные условия мёртвой
планеты (например, типа переноса Луны). Поэтому, хотя испытания межзвёздного корабля
могут произойти ещё до 3000-го года, реальные старты людей к звёздам, скорее всего, станут
уделом следующего тысячелетия. При миллиардах лет существования Земли, это почти то
же, что „завтра” или „послезавтра”. А полёты зондов от других звёзд к Солнечной системе,
возможно, мы уже наблюдаем (например, в виде странной кометы Аренда – Ролана 1956h),
но ещё не умеем распознать и понять, не способны соответственно встретить их.
Если разведывательный корабль, окружённый каменной бронёй, похож на астероид или
ядро кометы, то корабль основной экспедиции с экипажем, равным населению целого города, может напоминать небольшую, оторвавшуюся от звезды планету. И оказывается, астрономам известны не только кометы, напоминающие корабли-разведчики, но и одинокие,
мчащиеся в космосе планеты, не связанные со звёздами!
*
*
*
Уже экспедиция общей продолжительностью 60–100 лет (полёт до 1 св. года с выполнением в иной планетной системе не очень сложных инженерных работ и возвращением) требует создания на корабле полностью замкнутого круговорота веществ и надёжного, долго-
20
ПРОБЛЕМЫ МЕЖЗВЁЗДНОГО ПОЛЁТА
временного энергоснабжения. Поскольку эти требования, в принципе, выполнимы, и их реализации при создании корабля не избежать, а энергетика полёта лимитируется лишь процессами разгона и торможения, то оказывается, что дальность полёта практически не изменяет
требований к конструкции и оснащению корабля! Изменяется лишь длительность полёта.
Иначе говоря, корабль с естественной сменой поколений (или с анабиозом) и с замкнутым циклом жизнеобеспечения, созданный для полёта на дальность 1–2 световых года, может лететь, скажем, на 20–30 или даже на 100 световых лет. При крейсерской скорости
11'000 км/с, для перелёта на расстояние в 100 св. лет потребуется 2'730 лет. Конечно, это повышает требования к надёжности и долговечности всех систем корабля. Но, с учётом постоянного технического обслуживания, да ещё при широком использовании роботов, такую задачу нельзя считать невыполнимой. Чем, вероятно, пришлось бы дополнить режим полёта –
это периодической корректировкой траектории (например, через каждые 500 лет полёта). В
случае анабиоза для этого потребовалось бы периодически „будить” часть экипажа.
Констатируя техническую возможность такого полёта, мы, естественно, обходим очень
сложный комплекс биологических и, в том числе, психологических проблем. На сегодняшнем этапе развития они увели бы нас далеко от науки, в сторону фантазий и романов.
Последующий раздел