100 великих тайн космонавтики - Станислав Славин

Импульсный термоядерный двигатель по идее должен работать так. В центр камеры сгорания с большой частотой вбрасываются топливные гранулы. Здесь они попадают под удар множества лазерных лучей. В итоге после разогрева до огромной температуры в них начинается термоядерная реакция.

Продукты миниатюрного термоядерного взрыва в виде плазмы удерживались бы от соприкосновения со стенками двигателя при помощи магнитных полей и выбрасывались бы наружу через сопло. В итоге возникала бы реактивная сила, которая бы и двигала корабль.

По проекту первая ступень «Дедала» должна была проработать два года, а вторая — 1,8 года. После разгона аппарат должен достичь 12 % от скорости света, или около 36 тысяч км/с. Далее последовал бы 46-летний полет по инерции.

Предполагаемая цель «Дедала» — звезда Барнарда, удаленная от нас на шесть световых лет. Исследовательский аппарат, по расчету, достиг бы ее за полвека.

Британцы продумали проект до тонкостей. Так, наиболее важные части конструкции «Дедала» намеревались изготовить из молибденового сплава, сохраняющего прочность при криогенных температурах. В роли щита, прикрывающего головную часть комплекса от потока межзвездной пыли и газа, решено было использовать 50-тонный диск из бериллия толщиной 7 мм.

Поскольку Daedalus не имел возможности затормозить в конце пути, к самой звезде Барнарда предполагалось отправить 18 автономных зондов с ионными двигателями. Они-то и должны были передать на Землю всю добытую информацию.

Через три десятилетия после завершения проекта Daedalus специалисты решили, что пора перекроить его с учетом нынешних достижений техники.

Официально стартовавший 30 сентября 2009 года проект, получивший теперь название Icarus («Икар»), рассчитан на пять лет. Он собрал два десятка ученых, инженеров и дизайнеров, которые полагают, что человечеству вполне по силам построить межзвездный корабль, рассчитанный на крейсерскую скорость в 10–20 % от скорости света.

В отличие от своего предшественника, который по прибытии в систему звезды Барнарда пересек бы ее на всех парах за двое суток, «Икар» должен притормозить, дабы растянуть удовольствие исследования планетарной системы хотя бы на неделю.

Возможно также, что вместе звезды Барнарда будет выбрана цель немного поближе — Альфа Центавра, которая находится от нас на расстоянии около 10 световых лет.

Помимо расстояния, еще одним важным фактором для определения конечной цели межзвездного путешествие является наличие у того или иного светила планетной системы. Причем чтобы эти планеты были земного типа, которые бы вдобавок находились в так называемой обитаемой зоне. То есть, говоря иначе, на поверхности этих планет были бы климатические условия примерно такие же, как на нашей Земле.

Пока же из 56 ближних звезд присутствие планет достоверно определено лишь у двух — Эпсилон Эидана (10,5 светового года) и Глдизе 674 (14,8 светового года). Но сами их планеты, увы, далеки от «комфортного» состояния. На них либо слишком холодно, либо слишком жарко.

Однако, учитывая последние успехи в деле открытия экзопланет — их количество вскоре приблизится уже к тысяче, а также расчеты ученых, что примерно треть звезд с планетными системами может иметь и планеты земной группы, получается, что у упомянутых 56 звезд может быть примерно полтора десятка обитаемых планет.

Таким образом, есть хорошие шансы, что в ближайшие десятилетия будут найдены планеты с явными признаками жизни. Вот туда и будут направленные первые межзвездные зонды.

Звездолеты на антиматерии

При этом ныне полным ходом идет разработка еще одного способа путешествий к звездам. Американцы разрабатывают MStar — проект аннигиляционного корабля, способного летать в 50 раз быстрее, чем нынешние межпланетные корабли и зонды. Как полагают исследователи, двигатели, использующие в качестве топлива антиматерию, могут обеспечить существенно лучшие энергетические параметры корабля, чем ядерные или термоядерные реакции. «Причем, в отличие от разнообразных „прокалывателей пространства и времени“, аннигиляционный двигатель вполне можно построить в ближайшие десятилетия», — уверяют современные ученые.

И их уверенность можно понять: теоретические и даже практические работы в этом направлении уже ведутся. Так, например, сотрудники Университета Пенсильвании в сотрудничестве с НАСА уже работают над проектами космических кораблей, использующих энергию аннигиляции.

Суть реакции аннигиляции, как известно, заключаются в следующем. Практически каждой элементарной частице соответствует ее античастица: например, электрон имеет отрицательный заряд, а вот позитрон — положительный. При этом, если столкнуть частицу с античастицей, происходит взрыв такой силы, что мало никому не покажется. Известно, к примеру, что в 0,1 г антивещества скрыто столько же энергии, сколько в топливных баках шаттла.

Дело за малым: получить антивещество, научится его хранить и использовать где и когда нужно.

Один из проектов звездолета на антиматерии

Что до получения, то антиматерию уже успешно создают в таких лабораториях, как Fermilab в Чикаго и CERN в Швейцарии. Однако годовая наработка антивещества исчисляется в нанограммах (при цене 10 триллионов долларов за грамм). Понятное дело, этого крайне мало даже для лабораторных опытов, не говоря уже о межпланетных путешествиях.

Еще хуже обстоит дело с хранением. В наиболее простых магнитных ловушках антиматерию удается удерживать в лучшем случае несколько секунд… Правда, сравнительно недавно появились данные, что 100 миллиардов античастиц удалось сохранять уже в течение недели. А меньшее количество — так и вообще месяцы.

Конечно, этого мало для межпланетного, а тем более для межзвездного путешествия. Однако выход из положения все же есть. Сотрудники Университета Пенсильвании разработали два проекта звездолетов, в которых аннигиляция может быть использована совместно с ядерной и термоядерной реакциями. Такой гибрид, оказалось, сулит массу выгод. Например, выяснилось, что добавление небольшого количества антивещества в рабочую зону реакции расщепления позволяет намного полнее использовать потенциал традиционного ядерного (расщепляющегося) топлива. При этом, как оказалось, цепочки превращений адронов, мюонов и пионов протекают несколько иначе, повышая КПД процесса.

Первый тип двигателя, который использует этот эффект, называется Antiproton catalyzed microfission (ACMF), то есть «микрореакция расщепления катализируемая антипротонами». Его удельный импульс — 13,5 тысячи с. Много это или мало, можно судить по такому факту: срок перелета по маршруту Земля — Марс при использовании такого двигателя можно сократить в шесть раз.

При этом придуманному в Пенсильвании пилотируемому кораблю ICAN-II, оснащенному двигателем ACMF, для 40-суточного перелета к Марсу потребовалось бы всего 140 нг (нанограммов) антивещества и несколько тонн обычного ядерного горючего (урана). Такое количество антивещества уже можно было бы произвести в разумные сроки.

Миниатюрные ядерные заряды (размером с мячики для гольфа) подрывались бы в «камере сгорания» корабля совместно с микроскопическими количествами антивещества. При этом тяга, судя по расчетам, существенно бы возросла. И к Марсу можно было бы отправить 800-тонным корабль, груженный всем необходимым. Причем на красную планету десантировался бы спускаемый аппарат с традиционным химическим двигателем.

Такой же корабль двигателем ACMF способен доставить межпланетную экспедицию и к Юпитеру. При этом на все путешествие, включая дорогу туда и обратно, а также трехмесячное обследование самого Юпитера и его спутников, ушло бы 1,5 года.

Второй вариант гибридного аннигиляционного двигателя называется Antiproton Initiated Microfission/fusion (AIM). Здесь в зоне реакции идет и расщепление, и синтез, то есть используется и тремоядерная реакция. Главное горючее тут — дейтерий плюс тритий либо дейтерий плюс гелий-3. Удельный импульс AIM — 61 тысяча с.

На основе этого двигателя разработан эскизный проект беспилотного и сравнительно легкого (примерно 30–40 т) корабля AIMStar, который будет способен улететь на 10 тысяч астрономических единиц от Солнца и приблизиться к облаку Орта на окраине Солнечной системы всего за 50 лет, из которых пять лет уйдет на разгон. Максимальная скорость корабля составит 0,003 от скорости света, или 900 км/с. (Для сравнения — у нынешних ракет на жидком химическом топливе реально достижимая скорость 15–25 км/с). Причем для полета к границам нашей планетной системы зонду AIMStar потребуется от 30 до 130 мкг антивещества.

Ну а в дальнейшем, по мере накопления опыта по строительству «баков» для антивещества в виде криогенных электромагнитных ловушек, а также по мере накопления запасов самого антивещества, можно будет подумать и о посылке аннигиляционного корабля к звездам.