Возможно, вы не раз задумывались: а почему мы до сих пор не отправили зонд к ближайшим звёздам? Ведь технологии движутся вперёд, роботы бороздят Марс, а спутники летают даже за орбитой Плутона. Но вот межзвёздное пространство остаётся за пределами досягаемости. Почему?
Ракеты — не панацея
На первый взгляд, кажется, что достаточно просто сделать ракету мощнее, заправить её побольше — и вперёд, к Альфе Центавра Но физика не так проста. Дело в том, что все современные двигатели — от химических до ионных — работают по одному и тому же принципу: реактивному движению.
Суть его проста: чтобы двигаться вперёд, тело должно выбрасывать что-то назад. У ракеты — это раскалённые газы, образующиеся при сгорании топлива. Чем быстрее они вылетают, тем эффективнее двигатель.
Но есть проблема: чем дальше лететь, тем больше топлива нужно. А больше топлива — это больше массы, а значит, нужно ещё больше топлива, чтобы разогнать уже более тяжёлый аппарат.
Этот замкнутый круг описывается знаменитым уравнением Циолковского, и он показывает: для межзвёздного перелёта потребуется столько топлива, что его масса превысит массу всей Земли. Это, конечно, нереально.
Даже если взять перспективные ядерные или ионные двигатели — они всё равно требуют реактивной массы. А значит, мы остаёмся привязаны к грузу, который нужно тащить с собой. И пока мы не найдём способ двигаться без выброса массы, межзвёздные путешествия останутся в области фантастики.
Есть ли выход?
В научном сообществе идут жаркие дискуссии. Предлагаются разные концепции: световые паруса, разгоняемые лазерами, двигатели на антиматерии, искривление пространства-времени… Но есть и менее известные, но не менее интригующие идеи — например, электродинамические двигатели, которые могут создавать тягу, просто используя электричество.
Одно из таких устройств — асимметричный конденсатор Фролова, или, как его ласково называют, «шляпа Фролова».
Что такое «шляпа Фролова»?
Это не шутка и не мем. Это реальное устройство, разработанное российским исследователем Александром Владимировичем Фроловым. Конструктивно — это плоский конденсатор с асимметричными обкладками: внутренняя — в виде диска, внешняя — кольцо. Обе закреплены на одной стороне диэлектрической пластины.
Выглядит просто. Но происходит нечто странное: при подаче на обкладки высокого напряжения (десятки киловольт) устройство начинает двигаться вдоль своей оси — то есть, попросту говоря, пытается взлететь.
Да, вы не ослышались. Оно развивает тягу, не выбрасывая никакой массы.
Что показал эксперимент
Как это проверить? Очень просто — на рычажных весах.
Представьте: на одной чаше — «шляпа Фролова», на другой — гирька. Система уравновешена. Веса равны. Затем включаем высокое напряжение — и чаша с конденсатором становится легче. Равновесие нарушено. Устройство как бы «теряет в весе» — потому что пытается улететь вверх.
Этот эффект зафиксирован в реальных экспериментах, в том числе — исследователем Владимиром Викторовичем Семибратовым. Он измерил тягу «шляпы» диаметром 16 см при напряжении 12 кВ — и получил 0,17 грамма.
Мало? Да. Но главное — не величина, а подтверждение теории.
В.В. Семибратов вывел расчётную формулу, позволяющую предсказать тягу конденсатора на основе его геометрии, материала диэлектрика и приложенного напряжения. И что удивительно — расчётные и измеренные значения совпали.
Это значит, что эффект не случайный. Он воспроизводим. И, что важнее, — масштабируем.
А если сделать побольше?
Вот тут начинается самое интересное. Если взять конденсатор диаметром один метр, выполненный из современных композитных материалов, и подать напряжение в 50 кВ, формула предсказывает тягу порядка 500 килограммов.
Повторим: 500 кг тяги — без выброса массы, без сгорания топлива, только за счёт электричества.
Для космического аппарата — это уже серьёзная сила. Особенно если учесть, что в космосе даже малая постоянная тяга со временем разгоняет аппарат до огромных скоростей.
Но как это работает?
Вот в этом-то и загвоздка. Полного консенсуса среди физиков нет.
Одни считают, что эффект вызван ионным ветром — движением заряженных частиц в воздухе. Но тогда в вакууме тяга должна исчезнуть. Однако ряд экспериментов показывает: она остаётся, пусть и слабее.
Другие предполагают, что речь может идти о взаимодействии с квантовыми флуктуациями вакуума или неоднородностями электромагнитного поля. Это уже выходит за рамки классической электродинамики — и приближается к границам новых физических теорий.
Будущее без топлива?
Мы не утверждаем, что «шляпа Фролова» — готовый двигатель для межзвёздного корабля. Но она — возможная отправная точка. Это доказательство того, что тяга без реактивной массы возможна. А значит, стоит продолжать исследования.
Ведь если однажды мы сможем создать двигатель, который работает не на топливе, а на энергии — будь то солнечная, термоядерная или что-то ещё, — тогда границы Солнечной системы перестанут быть пределом.
Что дальше?
В рамках нашего проекта мы изучаем такие устройства: проверяем их работоспособность, оцениваем эффективность, ищем оптимальные материалы и конфигурации. Цель — понять, можно ли превратить лабораторный эффект в реальную технологию.
А уже в начале февраля вы сможете увидеть видеозаписи экспериментов В.В. Семибратова — в специальной подборке на нашем канале. Там — не только цифры и схемы, но и живые кадры: как «шляпа» действительно пытается взлететь.