Путешествие к звездам

Я люблю смотреть на звездное небо. Лежишь теплой августовской ночью на прохладной траве. Над тобой бесконечность, миллиарды неизвестных миров. Свет далеких светил завораживает и манит к себе. Закрываешь глаза и мчишься, словно луч света сквозь пространство. За спиной остается слепая черная бездна. Все звезды и галактики, сгрудившись, превратились в один ярчайший источник света впереди. Из него то и дело вырываются крохотные искры далеких звезд и через мгновение исчезают сзади в кромешной черноте. А ты все мчишься и мчишься сквозь пространство, как по темному коридору к далекому ослепительному источнику света. С надеждой, что звезды станут ближе…
Моим ученикам посвящаю!
Павел Деев

В этой работе я предлагаю читателям приблизиться к пониманию реальной возможности полета человека в другие звездные системы. Здесь вы не найдете ничего о гиперпространствах и телепортации. Многое из того, что я сейчас предложу, кому-то покажется известным, абсолютно изученным, простым и будничным. Но уж, таков мой субъективный взгляд на эту проблему.


Космические корабли.
Ракеты или «летающие тарелки»?

В XX веке ракеты сыграли очень важную роль в освоении околоземного космического пространства. И вот, наша цивилизация вошла в XXI век. Сейчас очевидно, что подобные аппараты не годятся для межпланетных экспедиций, и уж тем более, для полетов в другие звездные системы.
В настоящий момент целый ряд развитых стран обладает необходимыми техническими знаниями для построения космических кораблей нового поколения. Для реализации такого проекта, наряду с технологическим, важен экономический аспект. Проект межзвездного полета — это весьма недешевое удовольствие. Поэтому, старт первой экспедиции в другие звездные миры, во многом зависит еще и от политической воли правительства, и от экономической мощи страны.

Каким должен быть корабль, способный доставить экипаж в соседнюю звездную систему, а затем вернуть его на Землю?

В реактивной струе плазмы современных ракет скорость вещества может достигать десятка километров в секунду. Поэтому скорость самих ракет принципиально ограничена этой величиной и на практике не может быть более сотни километров в секунду. Такой скорости абсолютно недостаточно для осуществления перелета в другую звездную систему. Даже полет к какой-либо из планет нашей Солнечной системы на таком корабле будет длиться месяцы, а то и годы. Как же можно построить более быстрый корабль? Решение данной задачи вполне по силам современному человечеству.

Необходимо, в качестве источника высокоскоростной плазмы использовать ускоритель. Двигатель должен состоять из нескольких независимых ускорителей элементарных частиц. Каждое кольцо ускорителя может заканчиваться направляющим электромагнитным устройством, способным за счет изменения величины создаваемого им поля, и дополнительно, за счет механического поворота вокруг направления выхода пучков частиц, отклонять поток плазмы в заданном направлении. Вещество балласта, ионизированное и подверженное разгону в ускорителе, может сразу отправляться в электромагнитные отклоняющие устройства или накапливаться в распределительном кольце. В последнем случае количество отклоняющих устройств может отличаться от количества ускорителей. Кроме того, наличие накопительного кольца, дает еще несколько важных преимуществ. С его помощью в двигателе корабля легче будет перераспределять вещество балласта между направляющими устройствами, а значит, проще будет организовать режим «обороны» или «холостого хода». Кроме того, появляется возможность отключать отдельные ускорители для технического обслуживания прямо на марше.
 
Для уравновешивания вращательного момента целесообразно использовать четное количество ускорителей и накопительных колец. В ускорителях попарно балласт разгонять в противоположных направлениях.

Совокупность направляющих электромагнитных устройств, управляемых при помощи компьютера, должна формировать из потоков ионов на выходе, направленные струи плазмы, создавая необходимый вектор тяги. Поскольку скорость вещества в такой плазме может быть сравнима со скоростью света, что в тысячи раз, даже в десятки тысяч раз, больше, чем скорость плазмы в современных химических реактивных двигателях, то появляется возможность создания корабля способного развивать скорость в тысячи раз больше, чем самые современные ракеты. Естественно для такой огромной мощности двигателя нужно уметь получать много энергии на борту корабля.
Синхрофазотроны, используемые сегодня для научных исследований, очень громоздкие и тяжелые сооружения. К ним подключены различные системы для обнаружения и изучения элементарных частиц. Но перед создателями двигателя не стоит задача получения узкого, очень точно направленного пучка, строго отсортированных по каким-либо параметрам частиц. В двигателе главное разогнать как можно большее количество вещества, чтобы затем выбросить его мощным потоком в заданном направлении. Это требование позволяет существенно упростить и облегчить конструкцию ускорителя. В качестве рабочего, ускоряемого вещества, на мой взгляд, экономически наиболее целесообразно использовать воду. Кроме того, во время своего движения корабль может собирать в межзвездном пространстве ионизированное вещество (например, протоны) и, также использовать его для поддержания необходимой скорости в полете.

Работа ускорителей требует колоссального количества электроэнергии, поэтому такой корабль не может обойтись без собственной ядерной энергетической установки. В перспективе для межзвездных полетов очень актуальна замена ядерных электростанций более мощными и энергетически выгодными термоядерными.

Другими словами, будущее земной космонавтики за «летающими тарелками».
Космические корабли, построенные по этому принципу, могут составить мощный атомный космический флот страны. Даже абсолютно безоружный корабль, оснащенный ускорительными двигательными установками, способен формированием направленных струй плазмы отклонять любые атакующие его ракеты, что позволит ему оставаться неуязвимым для самых современных на сегодняшний день средств ПВО. А если сам такой корабль оснастить ракетами, то получится мощнейший космический крейсер способный в одиночку противостоять современным боевым соединениям.

В мирных целях, помимо решения традиционных экспедиционных и научно-исследовательских задач, корабли данного типа могут выполнять функцию по очистке околоземного пространства от космического мусора, снятия с орбит отработавших свой срок спутников, добыче полезных ископаемых на астероидах и других планетах. Им можно найти применение при строительстве крупных орбитальных промышленных, химических и сельскохозяйственных комплексов. Нет принципиальных ограничений для использования таких кораблей в подводных исследованиях океана.

Элементарный расчет показывает, что такие корабли могут поднимать на орбиту беспрецедентную массу. Чтобы вывести на орбиту корабль массой 100 000 тонн необходимо пропустить через ускоритель около 12-15 тонн воды за первые несколько минут после старта. Для этого надо не только хранить на борту огромную массу ядерного топлива, но еще и уметь быстро и безопасно извлекать из него энергию. Нельзя сказать, что это простая задача, но и считать ее абсолютно неосуществимой, оснований нет. Хотя, для решения земных задач, достаточно будет использования небольших кораблей. А огромные корабли, предназначенные для межзвездных полетов, лучше и собирать и держать на орбитах планет.

Для взлета легких кораблей с массой до ста тонн, потребуется разгонять 1-2 кг воды в минуту. Это значит, что на 100 тонн массы корабля каждую секунду надо разгонять около 20 г воды до скорости, равной половине скорости света. Разгонять баласт до скорости более 50-60% от скорости света невыгодно с точки зрения эффективности использования топлива, но при необходимости, в режиме «форсажа» допустимо.

Конечно, надо помнить, что для разгона 20г вещества до 150000 км/с потребуется энергия, которую можно получить при распаде 50г урана. (плюс-минус, зависит от технологий) или синтезе гелия из 20г дейтерия. То есть ядерное топливо все равно потребуется и в очень большом количестве. Для сравнения, в современных ракетах масса топлива составляет от 70% до 90% от стартовой массы. И это притом, что они призваны выводить сравнительно небольшие спутники только на орбиту Земли. В огромных кораблях топливо и балласт тоже будут составлять 70-80% от общей массы, но задачи, которые можно будет решать с их помощью, не сопоставимы с задачами сегодняшней космонавтики.

Без всякого сомнения, появление мощных и надежных космических кораблей многоразового использования отразится на всем дальнейшем развитии нашей цивилизации. Такие корабли поднимут на новый уровень работу служб спасения и специального назначения, качественно изменят грузовые и пассажирские перевозки, будут способствовать развитию настоящего массового космического туризма. Не просто полетов в стратосферу на несколько минут или часов, а стартов полноценных космических туристических экспедиций в разные уголки Солнечной системы.

Хотя огромная масса корабля не самоцель проекта, использование таких кораблей открывает перед человечеством практическую возможность снаряжения далеких космических экспедиций с тяжелой техникой в арсенале, а также позволяет рассчитывать экипажу на большой космический огород вдали от родной планеты. Сейчас становится очевидным, что развитие космического сельского хозяйства, космической геологии и космического туризма это реальность очень близкого будущего. Наверняка уже во второй половине нашего столетия полеты людей по Солнечной системе для работы и отдыха станут более массовыми и популярными.

И к далеким полетам надо начинать готовиться уже сейчас.  Во-первых, необходимо перестать транжирить ядерное топливо. Во-вторых, надо приложить максимум сил для поиска и разработки месторождений ядерного топлива на других планетах. Параллельно необходимо нарастить усилия в изучении управляемого термоядерного синтеза.

Конечно, нецелесообразно запускать в межзвездную дорогостоящую экспедицию одиночные корабли такого вида. Для далекого перелета можно несколько кораблей разместить в длинном «контейнере» один за другим. При этом можно объединить работу двигательных установок кораблей. И сам контейнер может быть оснащен более экономичными, с точки зрения использования энергии, линейными ускорителями. Да, и вообще, для исследования новых миров, спокойней и надежней отправлять экспедицию в далекое путешествие, имея несколько подобных кораблей. Тогда, по прибытию в неизведанную звездную систему, исследования можно будет проводить параллельно по нескольким направлениям разными командами. И вероятность возвращения космонавтов домой, в этом случае, будет практически 100%, так как критическая поломка одного-двух кораблей не повлияет на успех экспедиции в целом.

Человечество стоит на пороге перед большими космическими путешествиями. Значит, нам нужны знания, позволяющие точно спланировать далекие длительные полеты на огромных скоростях. Эти знания должны быть понятны и доступны широкому кругу специалистов. Нужна универсальная теория для описания всех взаимодействий, которая позволит точно проводить долгосрочные расчеты параметров полетов. Но об этом позже...