2.8. Звездолёты

Мы поговорили о том, как человечество будет эксплуатировать космос, расселяться сначала по Солнечной системе, а затем и по другим звездным системам. Давайте обсудим, на чем же мы туда полетим. Какие у нас есть предложения и возможности? На слайде представлено 3 основных способа, как нам достичь других планет и, возможно, даже других звезд:

1 – типичный проект взрыволёта, так называемого, ядерно-импульсного звездолета (например, проект «Орион»: https://habr.com/ru/post/225549). В сущности, это бочка с ядерными зарядами. Эти заряды периодически выстреливаются и подрываются в фокусе специального полусферического зеркала, а отраженная взрывная волна толкает звездолёт вперед. Чтобы от взрывов не повредился обитаемый отсек, используется специальная демпфирующая плита. За счет серии ядерных взрывов аппарат быстро наращивал скорость и мог бы за короткое время перемещаться между планетами. Такие проекты были очень популярны в начале космической эры. Проводились даже натурные эксперименты в попытке разогнать что-нибудь ядерно-импульсным способом. Преуспели в этом американцы. Он запустили в космос многотонную плиту серией ядерных взрывов, и плита улетела в неизвестном направлении. Испытание сочли удачным – способ ведь работает. Размеры подобных проектов поражают своей циклопичностью. «Межзвёздные» варианты взрыволётов имели зеркала диаметром несколько километров. А старт с Земли в ряде проектов замышлялся также ядерно-импульсным способом. Попробуйте представить экологический вред от взлета с Земли такой конструкции. Возможно, в том числе этот фактор повлиял на судьбы данных проектов: ни один из них не был реализован и в настоящее время не рассматривается как основной способ перелета между планетами и звездными системами. Однако стоит отметить, что эта технология подойдёт для плана «Б»: если человечеству будет угрожать опасность, можно собрать такой взрыволёт и спасти на нём лучших представителей цивилизации. Вам захотелось быть лучшими?

Другой интересный проект из области фантастических технологий, которые часто мелькает в кино:

2 –подпространственный перелёт при помощи устройства вроде варп-двигателя или звездных врат. Не так давно в НАСА появилась группа ученых, предложивших взять теорию пузырей Алькубьерре и воплотить ее в жизнь. Что собой представляет такая конструкция? Исходя из той презентации, которую показали ученые, технология будет представлять следующее: есть некий корабль и два устройства тороидальной формы, которые обеспечивают разряжение и сгущение пространства-времени: перед кораблем пространство-время разряжается, а за кораблем оно сгущается. Таким образом, корабль как будто находиться на гребне пространственно-временной волны: перед ним пустота в 4-х измерениях, а за них сгущение этих же 4-х измерений, и корабль проталкивается сквозь подпространство. С точки зрения математики это даже возможно, по крайней мере, в виде уравнений. С точки зрения реального объекта, технологии и инженерного приложения пока ничего подобного нет. Когда же ждать первых натурных испытаний? Будем считать, что лет через 100, при хорошем финансировании, НАСА получит технологию варп-перемещения. Подробнее: https://naukatehnika.com/varp-dvigatel.html.

От футуристических проектов межзвездных перелетов перейдем к более понятному и осуществимому способу:

3 – технология солнечного паруса (проекты IKAROS, LightSail 1 и LightSail 2).  Описание технологии: оказавшись на рабочей орбите, аппарат развертывает тонкопленочную конструкцию в виде паруса и за счет солнечного ветра получает ускорение. Если запускать аппарат с Земли, то относительно Солнца он может раскручиваться по спирали и уходить в более дальние области от Солнца или наоборот смещаться в околосолнечные области, если повернуть парус немного другим образом. При тестировании технология показала себя довольно хорошо.

Солнечным парусом, кстати, занимаются у нас в Самарском университете. Это сейчас тренд, наряду с двигателями малой тяги.

Преимущества и недостатки солнечного паруса:

+ Самое главное - технология не предполагает расхода какого-либо вещества. Мы практически бесплатно можем осуществлять межпланетные перелеты, правда, недалеко от Солнца, так как вдали от звезды солнечный ветер ослабнет и наш парус станет менее эффективным. Тем не менее, можно таким образом слетать к Венере, Марсу, Меркурию, может быть, даже в пояс астероидов. А ещё есть хитрые и сложные схемы перелёта, позволяющие использовать гравитационные манёвры возле планет, что позволит отправить аппарат с солнечным парусом к Юпитеру и далее.

- К недостаткам относится долгий разгон по спирали, сложности в развертывании такой конструкции и ее управлением.

Правда, плюсов пока больше. В перспективе эту технологию можно усовершенствовать при использовании мощного лазера, который будет досвечивать парус с Земли (т.е. обеспечивать дополнительный ветер). Тогда можно будет разгонять парус и вдали от Солнца до очень высоких скоростей. В теории такую конструкцию можно разогнать до нескольких процентов от скорости света, а это уже довольно много. Существует ряд проектов, которые описывают межзвездные перелеты с солнечным парусом, опираясь на два основных метода. Первый – досвечивание лазером. Второй – активный гравитационный маневр возле Солнца. Таков, например, проект Star Shot. Предполагается, что фемтоспутник (спутник массой 1 г) с солнечным парусом будет разгоняться при помощи досвечивания лазером с Земли и сможет достичь значительного процента скорости света и лет за 40-60 долететь до системы Центавра. В Молодежной аэрокосмической школе мы пересчитывали параметры этой миссии с учетом реальных ограничений (лазером нужно обязательно стрелять перпендикулярно, а не под углом; земная атмосфера поглощает лучи и др.) и у нас получилось, что лететь Star Shot  будет не 50 лет, а 150, а это уже не так интересно J. Впрочем, можно задаться целью запустить что-то такое и посмотреть, что из этого выйдет.

Вот такая вполне реальная и экономически выгодная технология перемещения между планетами и возможный билет к другим солнечным системам. Может быть, именно вы создадите работающий аппарат, который будет перевозить людей к другим планетам или звездам.