Звёздная мечта
Космические путешествия к звёздам — давняя и пока не осуществлённая мечта человечества. Недавно вышел фантастический сериал, сюжет которого строится вокруг путешествия к звёздной системе Альфа Центавра — пока только в виртуальной реальности.
А что именно мешает людям начать строить звездолёты и летать на них? Главные проблемы — технические.
Что есть у нас сейчас?
Пока люди делают только ракеты на химическом топливе, разгоняемые выбросом раскалённых газов. Технологии отработаны, даже очень большие ракеты строятся не только государствами, но и частными корпорациями.
Но для межзвёздных полётов у них слишком маленькая скорость, а из-за низкого КПД сгорания химического топлива для разгона до более высоких скоростей понадобится огромный запас «горючего».
Согласно формуле Циолковского, до ближайшей звезды такая ракета будет лететь 50 000 лет.
Двигатели будущего
В обозримом будущем можно было бы создать ядерно-импульсный двигатель. Разгон корабля осуществляется за счёт мощнейших термоядерных взрывов. Все необходимые технологии уже существуют, и построить его можно было бы лет за 20. Если сделать около 300 000 мегатонных ядерных бомб, то корабль с таким запасом «топлива» разгонится до ≈10 % скорости света (30 000 км/с) за месяц.
Но даже с сотнями тысяч зарядов путь такого корабля до Альфы Центавра займёт около 100 лет.
Термоядерный двигатель
На корабле можно было бы установить термоядерный реактор, который будет питать электричеством двигатель, разгоняющий ракету потоком ионов в электромагнитном поле.
К сожалению, технология контролируемого ядерного синтеза ещё не разработана, а ионные двигатели, несмотря на высокую эффективность, имеют очень низкую тягу, поэтому полёт займёт несколько сотен лет из-за долгого разгона и торможения.
Световой парус
Покрытая высокоэффективным отражающим материалом, например сапфиром, поверхность площадью несколько квадратных километров, которая может разгоняться давлением света. Для транспортировки людей такой парус надо будет разгонять огромным лазером, питающимся от нескольких сотен электростанций.
Так как корабль не несёт топлива, скорость, до которой он мог бы разогнаться, ограничена только временем разгона, то есть мощностью лазера и качеством его фокусировки. На максимальной скорости в 20 % скорости света корабль достигнет Альфы Центавра за 20 лет, но такой огромный лазер люди пока создать не способны.
Какие двигатели могут появиться в далёком будущем?
В космическом корабле с двигателем на антиматерии аннигилируют материя и антиматерия. Образующиеся в этой реакции заряженные частицы можно направить в сопло магнитным полем, что и будет разгонять корабль.
Даже учитывая потери на незаряженные частицы и излучение, при аннигиляции в энергию движения корабля превращается около 50 % массы топлива. Это позволило бы разогнать корабль примерно до 50–80 % скорости света (≈200 000 км/c) и долететь до ближайшей звёздной системы всего за несколько лет.
Но для такого корабля нужно производить и хранить антиматерию килограммами, что в триллионы триллионов раз больше того, что мы умеем делать сейчас.
Двигатель на чёрной дыре
Для разгона корабля используется энергия испарения маленькой чёрной дыры, которую можно создать, сконцентрировав достаточно энергии в одной точке пространства, например, фантастически мощными лазерами. Не слишком большая дыра массой 600 миллионов тонн была бы размером с протон и излучала бы с мощностью в 160 петаватт в течение 3,5 лет. Если это излучение собрать и сфокусировать, то за 20 дней звездолёт разгонится до 10 % скорости света, а за 3 года — до 95 %.
Как создавать такие лазеры, питать их или как поместить в корабль и удерживать чёрную дыру, не знает никто.
Двигатель Алькубьерре (варп-драйв)
Движение сквозь пространство быстрее скорости света запрещено теорией относительности, но разные части пространства могут двигаться друг относительно друга с любой скоростью. Если пространство перед кораблём сжимать, а позади раздувать, корабль, не испытывая ускорения и не двигаясь внутри пузыря, сможет перемещаться относительно внешнего пространства со скоростями, не ограниченными скоростью света.
Правда, для раздувания пространства необходима отрицательная энергия. Отрицательной плотности энергии можно достичь в микроскопических масштабах с помощью квантового эффекта Казимира. Возможность существования макроскопических масштабов отрицательной энергии наука не признаёт.
Червоточины
С помощью экстремальных энергий теоретически возможно искривить пространство-время так, чтобы создать в нём дыру. Если стабилизировать её с помощью экзотической материи с отрицательной массой, сквозь неё можно было бы мгновенно перемещаться между двумя сколь угодно удалёнными точками.
Но где взять экзотическую материю, как создавать и стабилизировать червоточины и как один из её входов доставить в нужную звёздную систему, никто не знает.
На этот вопрос подробно ответил старший научный сотрудник Политехнического музея Василий Панюшкин. Если и у вас есть вопросы об устройстве мира или человека, задавайте их в комментариях или по электронной почте question@polytech.one. На самые интересные мы обязательно ответим.
