Вселенная, жизнь, разум - И Шкловский

Поясним сказанное на конкретных примерах. Пусть летательный аппарат движется с постоянным ускорением a и затем на полпути до цели полета начнет тормозиться с тем же ускорением. На основании расчетов Пешека и Зенгера, опубликованных соответственно в 1956 и 1957 гг., Саган дает следующее выражение для времени полета t, отсчитанного "по часам" пассажиров летательного аппарата:

t = (2c / a) arcch (1 + aS / 2c2) ,

где S - длина межзвездной трассы, ch - гиперболический косинус.

Вычисления показывают, что при таком характере полета и при a = g (ускорение силы тяжести Земли) наш аппарат долетит до ближайших звезд за несколько лет, до галактического ядра, удаленного от нас на расстояние около 30 тыс. световых лет, - за 21 год, а до ближайших галактик (например, до туманности Андромеды) - за 28 лет (по часам его пассажиров!). Заметим, что a может быть равно 2g и даже 3g - ускорение, "привычное" для разумных обитателей больших планет (если таковые, конечно, есть). В этих случаях значение t может быть уменьшено почти в два раза. С другой стороны, пока летательный аппарат совершит свой полет в оба конца, на планете, которую покинули космонавты, пройдет время, гораздо большее, чем t. Это время приблизительно равно удвоенному расстоянию до цели полета, выраженному в световых годах (время разгона до релятивистской скорости при движении с постоянным ускорением g будет около одного года - значение, для "дальних рейсов" ничтожно малое). Например, по календарю "материнской" планеты пройдет свыше 3 млн. лет, пока астронавты совершат полет к туманности Андромеды и обратно, а до скопления галактик в созвездии Волос Вероники - несколько сот миллионов лет. При полетах на достаточно большие (например, трансгалактические) расстояния формула для t немного упрощается и принимает вид

t = (2c / a) ln (aS / c2),

откуда при S = 2 1026 см (расстояние до скопления галактик в Волосах Вероники) t = 38 лет.

Неоднократно указывалось, что полет с почти световой скоростью сопряжен с исключительными трудностями. Так как ускорение и замедление ракеты требуют огромных ресурсов энергии, специфические трудности, которые при этом возникают, вряд ли даже в принципе преодолимы. Дело в том, что при сколько-нибудь приемлемом отношении полной начальной массы ракеты (обозначим ее через Mi) к массе, оставшейся после выгорания горючего (M0), скорость ракеты после выгорания горючего (V) составит лишь малую часть скорости света (c). Это будет иметь место даже тогда, когда в качестве источника энергии будут использоваться ядерные реакции как распада (уран), так и синтеза (термоядерная реакция). В самом деле, напишем основную формулу теории реактивного движения

V / W = ln (Mi / M0),

где W - скорость выброса рабочего вещества ракеты. Максимально возможная величина W при урановой реакции будет около 13 000 км/с. Для термоядерной реакции W немного больше. Следовательно, для того чтобы скорость ракеты после выгорания горючего V была порядка скорости света c, надо, чтобы Mi было в сотни миллионов раз больше, чем M0, что явно неприемлемо. Отсюда можно сделать вывод, что только фотонная ракета (если бы, конечно, ее удалось когда-нибудь построить), для которой W = c, может обеспечить межзвездный полет со скоростью, достаточно близкой к скорости света. При этом, однако, возникают новые трудности.

Из теории реактивного движения следует, что ускорение ракеты b определяется простой формулой

b = 2P / W,

где P - отношение мощности двигателей ракеты к ее полной массе. В случае фотонной ракеты эта формула принимает еще более простой вид

b = P / c.

Из этой формулы сразу же следует, что если мы хотим, чтобы ускорение ракеты b равнялось привычной для нас величине земного ускорения g, нужно, чтобы P = 3 млн. Вт/г. Эта величина является чудовищно большой. Чтобы почувствовать, что это такое, приведем пример.

Современная американская подводная лодка с атомным двигателем мощностью в 15 млн. Вт имеет вес 800 т. Следовательно, для нее P = 0,02 Вт/г. Это в 150 млн. раз меньше той "удельной мощности", которая требуется для того, чтобы наша гипотетическая фотонная ракета двигалась с ускорением b = g. Если бы для такого межзвездного корабля был построен двигатель мощностью в 15 млн. Вт (что достаточно для удовлетворения потребности в энергии небольшого города), он весил бы ... 5 граммов! Заметим, что в этот вес входят (в случае двигателя фотонной ракеты) масса горючего, масса гигантских рефлекторов (необходимых для обеспечения работы фотонной ракеты) и масса аппаратуры.

Из этого расчета с достаточной очевидностью следует, что трудности "количественного" характера настолько велики, что явно перерастают в качественные. Если мы попытаемся сколько-нибудь значительно уменьшить P, пропорционально уменьшится ускорение b и ракета уже не сможет за приемлемое время достигнуть релятивистской скорости.

Таким образом, вопреки мнению писателей-фантастов, межзвездные фотонные ракеты, движущиеся с релятивистской скоростью, вероятнее всего, никогда не будут построены. Каждой эпохе свойственно переоценивать свои технические возможности. Вспомним в этой связи, что в XIX столетии серьезно обсуждались проекты полета на Луну... с помощью парового двигателя. Еще раньше некоторые писатели-фантасты надеялись совершить такое путешествие ... на воздушном шаре. В наши дни мы являемся свидетелями явной переоценки возможностей реактивной техники.

Эта техника является идеальной при полетах на межпланетные расстояния и при грядущем преобразовании Солнечной системы человеком (см. гл. 26). Более того, ракеты могут быть мощным средством постепенной экспансии цивилизации от одной планетной системы к другой, находящейся в непосредственной близости. В гл. 22 мы уже рассматривали такую возможность в связи с проектом Брэйсуэлла. Существенно, однако, что при такой "экспансии" (или "диффузии") цивилизации движение ракет будет происходить с нерелятивистской скоростью. Но для непосредственного контакта между разумными существами, разделенными межзвездными расстояниями (а для этого нужны фотонные ракеты, движущиеся с релятивистской скоростью), реактивная техника из-за указанных выше трудностей, по-видимому, непригодна.

Имеется, однако, принципиальная возможность совершенно по-новому подойти к проблеме межзвездных и трансгалактических перелетов с почти световыми скоростями. В последние годы эту новую идею выдвигал ряд авторов, но наиболее полное рассмотрение принадлежит Бюссару. Речь идет о возможности использования межзвездной среды, с одной стороны, как термоядерного горючего, с другой - как рабочего вещества ракеты. Так как межзвездный газ состоит преимущественно из водорода, на ракете должно быть установлено термоядерное устройство, синтезирующее из ядер водорода ядра дейтерия. Сооружению такого устройства не препятствует ни один из известных законов физики. Поэтому можно полагать, что когда-нибудь такой термоядерный реактор будет построен.