Аннотация: Обзоры научно-популярной литературы, N 18
Полеты во сне, в книгах и Интернете
Ну, что ты? Смелей! Нам нужно лететь!
А ну от винта! Все от винта!
Александр Башлачев
Проблема полетов к звездам занимает человека очень давно -- наверно, с тех пор, как он понял, что это невозможно. Действительно, если я скажу, что меня манит полюс или Эверест, меня немедленно спросят -- почему я не делаю зарядку? А если я скажу, что вижу во сне Альфу Центавра -- не спросят. Сегодня мы обозрим НП-книги и Интернет по части полетов к звездам. Хоть в какой-то мере реальных; о фантастике сегодня ни слова.
Собственно, имеется в виду всегда полет к планетам других звезд, ибо именно от планет мы ждем чего-то такого... но для простоты говорят: "к звездам". Помните анекдот: "Вам партийное задание -- полетите на Солнце". "Так сгорим же!" "Все предусмотрено. Полетите ночью". Вопрос к психологам -- чего мы ждем от планет? Один возможный мотив -- экспансия, при отсутствии сопротивления или наоборот, с маленькой победоносной войной; это по вкусу, то есть в зависимости от диагноза. Другой мотив сложнее и страннее -- увидеть братьев (я бы предпочел -- сестер) по разуму. Чего тут больше -- желания просто увидеть другого, или, как утверждают некоторые, увидеть себя глазами другого, -- не знаю. Что бы вы предпочли -- чтобы ваша собака стала только разумной или чтобы кошка объяснила вам неправильность вашей жизненной позиции?
Не скрою! "Информационным поводом" послужила история с проектом Мильнера и Хокинга -- направлением к Альфе Центавра облака микрозондов, разгоняемых лазерным лучом. По прибытии в пункт назначения зонды сфотографируют то, что там увидят, и передадут картинку на Землю. О самом этом проекте, серьезных возражениях, ответах на возражения и так далее -- проще и правильнее прочитать в Интернете, сделав запрос "Троицкий вариант" и Мильнер. Или, если хотите ссылки
Проект на данный момент реальным не является, и авторы откровенно говорят, что полагаются на научно-технический прогресс. Строго говоря, и это не ново: в любом серьезном проекте есть именно это -- прогноз прогресса. Но в данном случае дальность прогноза -- в смысле физических проблем, которые надо преодолеть, см. ссылки выше, -- существенно больше, чем обычно. В качестве некоторого обоснования разумности этого проекта говорят, что при работах по этому направлению наверняка будет сделано много интересного. Это, конечно, так; но есть еще одна важная сторона -- проект посвящен космосу. То есть он поддерживает работу людей, у которых внутри что-то откликается этой теме.
Но если уж речь зашла про обоснование... надо понимать, что все это -- игры с собственной психологией, и шум усугубляется большой суммой, выделенной на проект. Ни в каких "обоснованиях" проект Мильнера (равно как и основанная им "Премия по фундаментальной физике", примерно в три раза больше Нобелевской) не нуждается -- это частная инициатива, не нарушающая законов. И вообще, отчего бы не сделать глупость ради того, чтобы другие могли поступить умно? Автор этой заметки, преподающий (частично!) бесплатно, такой же дурак, как и Мильнер. Только на 4 порядка меньшего размера. А может быть, и вы, читатель, тоже.
Вернемся к психологии, ибо здесь есть важная психологическая развилка -- но не в космосе, а внутри нас. Не все в этой жизни мы делаем "на автомате". А то, что мы делаем, не спеша подумав о результате, можно разделить на две кучки. В одну попадут действия, результат коих мы хотим увидеть. В другую -- действия, результат которых мы увидеть, скажем так, не очень надеемся или просто понимаем, что не увидим. Иногда эти вещи лежат вплотную, например, в преподавании. Нам хочется, чтобы наши ученики сдали конкретный экзамен. Но многие преподаватели находят в себе силы понимать, что это -- лишь одна сторона многогранника. Иногда -- как в случае с космосом -- эти две постановки задачи принципиально расходятся в подходах и решениях. Потому что в первом случае нам нужна скорость (делим расстояние на время), сравнимая со скоростью света, -- скажем, 0,1 от строчного латинского "c". Лучше, конечно, 0,2 или 0,3. Насчет второй ситуации вот что пишет астрофизик Борис Штерн:
"Это удивительно, но достать до экзопланет можно уже при нынешнем уровне технологии. Просто надо отказаться от одной вещи: от требования увидеть результат собственного труда при жизни. /.../ Как только человек готов что-то делать для следующих поколений, задача упрощается на порядки. Скорость в два процента световой, если мы посылаем зонд без торможения, не проблема для реактора на чистом уране-235 с плазменным двигателем со скоростью истечения под 10 тыс. км/с (в природе есть "плазменные двигатели" с ультрарелятивистским истечением). Если зонд должен тормозить в конце пути, средняя скорость падает до процента световой. В любом случае сотни лет -- до ближайших звезд, тысячи лет -- до множества разнообразных систем, где, по статистике, обязаны быть планеты, очень похожие на Землю. При этом к неведомому миру прилетает аппарат с большой антенной и мегаваттами мощности, с большими телескопами, способными при близком пролете мимо экзопланеты снять динозавров или слонов, если они вдруг там окажутся, и передать всё на Землю в отличном качестве. Это вовсе не фантастика.
Главный смысл многих масштабных проектов, если смотреть с большого расстояния, часто отличается от декларируемого. Допустим, ценой усилий группы государств, сравнимых с усилиями египтян по строительству пирамид, запущены несколько зондов к перспективным экзопланетам. Ядерные установки, плазменные двигатели, большие антенны и тому подобное. Основные данные ожидаются через тысячи лет, а каждый год приходят на Землю текущие рабочие данные. Заключается ли основной смысл проекта в тех долгожданных данных от экзопланет? А может быть, главный смысл -- в том, что, как подсказывает чутье, все это сильно повысит шансы на существование людей, способных принять и осмыслить отправленные зондами данные?"
Здесь стоит остановиться и задуматься, ибо эта формулировка компактна и осторожна. Роль упомянутых пирамид в жизни человеческой цивилизации не слишком велика: это фраза Наполеона "Сорок веков смотрят на вас с высоты этих пирамид" и существование туристов и египтологов. Роль Токамака и Большого адронного коллайдера в том, что они поддерживают существование человека -- познающего животного. А поток данных с подобного космического зонда, если оснастить его надлежащей техникой, окажется беспрецедентен в истории науки. Ведь это будет интерферометр с ежедневно растущей базой, с ежедневно увеличивающейся разрешающей способностью. Ни строителям Токамака, ни ускорительщикам такое и не снилось.
Идеология "проектов-стимулов", можно сказать, стала уже почти легитимна - например, в 2011 году DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) совместно с NASA (National Aeronautics and Space Administration) объявили о начале проекта "Через 100 лет к звёздам". Запросы в Интернете "Через 100 лет к звёздам", "The 100 Year Starship Study" или, если хотите, ссылки
Цель проекта -- разработать бизнес-модель, которая будет стимулировать инвестиции частного интеллектуального и финансового капитала, необходимые для таких достижений в различных областях, которые сделают возможным этот полет в течение следующего столетия. А также зажечь воображение студентов, научных кругов, промышленности, научных работников и населения в целом, вызвать энтузиазм в отношении продолжения научных исследований и достижений в области технологий и освоения космоса.
Пробуем, однако, перевести дух и уточнить варианты наших пожеланий. Начнем с более далекого от основной темы, поэтому совсем кратко -- отправить в космос сигнал, свидетельствующий о наличии жизни определенного типа и стадии развития. Это междисциплинарная (правильнее было бы сказать -- вместедисциплинарная) область захватывает кусочки физики, техники, психологии, социологии и так далее и называется SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence). Исчерпывающая информация по состоянию на 2004 год имеется в книге Л.М.Гиндилиса "SETI: поиск внеземного разума", ничего даже отдаленно сравнимого по широте охвата вопроса позже опубликовано не было. Позиция скептика изложена в статье С.Б.Попова в "Науке и жизни" (2006 N 4), многие использованные в ней аргументы никак не мотивированы и могут быть оспорены, но ознакомиться с ней полезно -- как и с любой позицией компетентного скептика.
Следующий вариант пожеланий, но все-таки еще не полет -- узнать о наличии жизни определенного типа и стадии развития. Это, прежде всего, опять же программа SETI, но есть и новые возможности. Например, тот же Штерн упоминает почти реальную (то есть при умеренных затратах, без всемирного сотрудничества и нарушения законов природы) возможность обнаружения заатмосферным инфракрасным телескопом озона в атмосфере экстрасолнечной планеты. Это свидетельствовало бы о наличии жизни в нашем понимании, хотя и не факт, что способной отправить или принять сигнал. В заключение нашего суперкороткого взгляда на проблему SETI заметим, что возможности деятельности в этом направлении должны сейчас быстро возрастать -- по мере и в силу того, как мы открываем все больше землеподобных планет и, стало быть, лучше понимаем, куда кричать и куда направлять уши.
Следующий уровень пожеланий -- послать туда что-то материальное. Тогда уж не
алюминиевый квадратик, на котором было написано послание из одной-единственной точки -- и эта точка означала "привет!", как у Курта Воннегута-младшего в романе "Сирены Титана". А нормальную стотонную машину -- лабораторию, которая, пролетая, сумеет собрать информацию и передать ее на Землю. Например, фото поверхности с разрешением 0,1 м в диапазоне от далекого ИК до не близкого УФ. Можно даже помечтать о посадке зонда на планету и трансляции хруста челюстей местного динозавра, знакомящегося с космическим посланцем, -- сначала на летящую дальше машину и уже с нее -- на Землю. Тут, конечно, рядом тихо шевелится мысль о том, чтобы послать туда жизнь. Земную жизнь, и даже, страшно сказать... все-таки страх смерти именно через желание продлиться действительно правит миром.
Но для того, чтобы послать нечто материальное, нужен серьезный двигатель, а точнее -- источник энергии и источник импульса, чтобы накормить ненасытную пасть двух законов сохранения -- энергии и импульса. Поищем, что написано на эту тему -- если говорить о хоть в какой-то мере серьезных источниках и проектах, а не об искривлениях пространства, кротовых норах, 3D-принтерах, печатающих людей после прибытия на место и прочих чудесах, успешно увеличивающих кликабельность и даже - хотя это уже гипотеза -- читабельность. Как ни странно, но при таком узколобом, догматическом и так далее, со всеми остановками, подходе -- оказалось, что написано немногое.
Источники, имеющие прямое отношение к нашей теме, можно разделить в первом приближении на посвященные конкретно двигателям и посвященные полету. Хорошие примеры книг про двигатели, имеющие отношение к полетам в космосе, -- С.Д.Гришин, Л.В.Лесков "Электрические ракетные двигатели космических аппаратов" (1989)и А.А.Дорофеев"Ядерные ракетные двигатели и энергетические установки. Введение в теорию, расчет и проектирование" (2012). Единственный недостаток первой книги -- год издания; вторая -- хороший вузовский учебник (многие из нас помнят, что такое хороший вузовский учебник, а некоторые при этих словах даже вздрагивают).
Примечание -- огромный список книг по космонавтике и библиотека вот тут
Те, кто исходит из того, что "нам нужно лететь", обычно рассматривают и сопоставляют разные варианты. Каковые можно разделить на две группы: с передачей энергии с Земли и "все с собой". Наиболее реальный проект первого типа -- фантастический проект Мильнера/Хокинга. Заметим, что его фантастичность все же уступает уже предлагавшимся идеям использования черных дыр и темной материи; что по этому проекту читать -- указано выше. Проекты типа "все с собой" упоминаются в разных источниках, но наиболее реальных, то есть наименее фантастических, на сегодня три.
Первый -- это проект "Орион", разгон корабля взрывами атомных/водородных бомб за кормой. Запрос в Интернете "проект Орион"или, если хотите,ссылки
Идея, которую в 1946 году предложил Станислав Улам, участник Манхеттенского проекта, со-изобретатель схемы водородной бомбы Теллера-Улама, выглядела так. С корабля сбрасывалась атомная бомба, которая подрывалась и испаряла диск, сбрасываемый после бомбы. Продукты испарения били по кораблю и передавали ему импульс. В 50-х годах эту идею развили Тед Тейлор и Фримен Дайсон (сфера Дайсона -- тоже его идея). Полученный проект выглядел следующим образом: использовались атомные бомбы, создающие направленный взрыв -- оболочка из оксида бериллия и урана делала взрыв ядерного заряда направленным, и вольфрам превращался в сигарообразный пучок плазмы, который бил по толкателю кормовой плиты. Толкатель отходил в крайне переднее положение, а затем, под действием системы амортизации, возвращался в исходное положение. Ну и далее цикл повторялся. Достижимая скорость, в зависимости от варианта конструкции, 0,03--0,1 с. Это с -- латинское; узнаете?
Второй -- это проект "Дедал" и его наследник, проект "Икар", разгон корабля термоядерными микровзрывами ("инерциальный термоядерный синтез", бывший конкурент Токамака). Запрос в Интернете "проект Дедал"и "проект Икар" или, если хотите,ссылки
Идея вкратце такова. Двигатель должен был использовать инерциальный термоядерный синтез, одно из перспективных направлений управляемого термоядерного синтеза. Частички дейтерия и гелия-3 должны были обжиматься и нагреваться электронными пучками до начала реакции синтеза, а получающаяся плазма -- вылетать через магнитное сопло, создавая тягу. Корабль разгонялся до скорости 0,12 с. Для защиты от микрометеоритов впереди располагался 50-тонный бериллиевый диск. Более крупные частицы, которые бы могли пробить диск, должны были встречаться автономными роботами, которые летели бы на расстоянии 200 км перед зондом. Робот должен был выпустить облако пыли, которое отклонило бы или уничтожило частицу. За диском располагались пятиметровый оптический и двадцатиметровый радиотелескоп. Кроме того, "Дедал" должен был нести автономные зонды, которые бы сбрасывались за семь лет до цели и расходились в стороны. Они должны были пролететь через систему-цель и передать собранную информацию, используя корабль как ретранслятор, а сорокаметровое сопло двигателя -- как антенну. Все это хорошо, но оценка доступности главной технологии кажется пока оптимистичной. Управляемый термоядерный синтез до сих пор не реализован, а выбор между инерциальным синтезом и Токамаком сделан пока что в пользу последнего, что прекратило продвижение в первом направлении.
Третий проект -- это идея, изложенная Б.Штерном в его книге "Ковчег 47 Либра"
Мне она кажется более реалистичной, нежели первые две, но это пока только идея, и сравнивать ее с перечисленными проектами не вполне корректно. Было бы интересно посмотреть на нее, доведенную до стадии проработки, сравнимой с Орионом и Дедалом. А саму идею излагать не будем, чтобы не портить вам удовольствие от чтения.