В наше время космическими полетами уже никого не удивишь. В СМИ регулярно сообщают о новых запусках, а услуги, предоставляемые космическими аппаратами – например, спутниковое телевидение или GPS-навигация – широко используются «в быту». Но, пожалуй, назвать все эти успехи человечества «освоением космоса» было бы чересчур громко. Пока что мы осваиваем главным образом околоземное пространство. Так, большая часть спутников находятся на геостационарной орбите – ее высота (35 786 км) превосходит диаметр Земли менее чем втрое. А «ближний космос» находится всего в нескольких сотнях километров от планеты: например, высота полета Международной космической станции – менее 400 км. Не слишком-то много в масштабах Вселенной…
Конечно, созданные человеком аппараты уже побывали и на Луне, и на других планетах Солнечной системы, а станции «Пионер» и «Вояджер» даже вышли за ее пределы. Но если они и сумеют достичь ближайших звезд, мы об этом вряд ли узнаем. Ведь такой полет займет приблизительно 2 миллиона лет, а связь с аппаратами прервется куда раньше. Очевидно, что межзвездные перелеты требуют новых принципов движения в космосе – традиционные ракетные двигатели для этой цели не очень-то годятся. Между тем, в соседних звездных системах человек мог бы найти немало интересного для себя. Сейчас открыто уже более 1000 экзопланет, и не исключено, что некоторые из них пригодны для жизни. Всё чаще в рядах ученых слышатся призывы обезопасить человечество от космических катастроф. По их словам, рано или поздно условия жизни на Земле могут стать непригодными для жизни, и только экспансия в космос поможет спасти наш вид. Весь вопрос в том, как ее осуществить.
По оценкам космологов, размер видимой Вселенной составляет примерно 93 млрд. световых лет, и она, как известно, продолжает расширяться. На этом фоне не только Солнечная Система, но и весь Млечный Путь (около 100 тысяч световых лет в поперечнике) выглядит крошечной песчинкой. Ситуация осложняется тем, что скорость перемещения материальных объектов, согласно специальной теории относительности (СТО), не может превышать скорость света (около 300 тысяч км/c). А ведь даже у него уходят многие тысячелетия на то, чтобы пересечь одну-единственную галактику.
В принципе, создать реактивный двигатель, способный придать аппарату околосветовую скорость, возможно даже при современном уровне технологий. Именно такой двигатель предлагают авторы проектов «Daedalus» и «Ikarus» – пожалуй, самых проработанных на сегодня планов межзвездного перелета. Но использовать их для колонизации иных миров вряд ли удастся: запасов топлива не хватит даже на торможение в конечной точке, так что полет будет, что называется, «в один конец».
Пока что путешествовать по Вселенной удается только персонажам научно-фантастических романов, в распоряжении которых есть сверхсветовые космические корабли, телепорты и прочие достижения физики будущего. Так не пора ли и нам заняться их разработкой? В далеком уже 2006 году в НАСА стартовала программа Breakthrough Propulsion Physics (BPP), призванная разработать принципиально новые двигатели для межзвездных путешествий. Несмотря на то, что один из двигателей носит имя известного ученого и популяризатора науки Стивена Хокинга, всемирно известный физик в ней не участвовал: он делает ставку на более простые аннигиляционные двигатели.
Идеи же участников BPP были куда более дерзкими. Настолько дерзкими, что многие из них возможны разве что математически: задействованные в них физические принципы, науке пока не известны. Другие, хотя и не нарушают известных законов природы, потребовали бы колоссальных затрат энергии или разработки материалов с необычными свойствами. Большая часть предложенных двигателей основано на «играх» с гравитацией. Согласно современным представлениям, гравитация есть не что иное, как кривизна пространства-времени. Нетрудно догадаться, что антигравитация должна искривлять пространство в противоположную сторону. Разместив антигравитационное вещество в корме корабля, можно было бы придать ему постоянное ускорение без всяких затрат энергии. Единственная трудность связана с тем, что частиц с отрицательной массой пока не обнаружено, и неизвестно, существуют ли они вообще.
Впрочем, вечное движение можно получить и с помощью обычной гравитации. Для этого нужно каким-то образом разделить массу на источник гравитационного поля и взаимодействующую с ним часть, а затем закрепить их неподвижно друг относительно друга. Осталось придумать, как это сделать: с тем же успехом можно было бы, например, предложить отделить электрическое поле от заряда, который его создает. Еще один способ передвижения в космосе основан на локальном изменении законов природы. Исаак Ньютон – автор первой математической теории гравитации – установил, что сила притяжения зависит от массы взаимодействующих тел и расстояния между ними. В уравнении также присутствует константа – гравитационная постоянная (G). Если каким-то образом увеличить эту постоянную в передней части космического корабля и уменьшить на его корме, возникнет эффект, по сути аналогичный антигравитации. Но величина G не зря называется постоянной: считается, что ее значение одинаково во всей Вселенной.
Впрочем, существуют и альтернативные космологические концепции, в которых гравитационная постоянная – переменная величина. Так или иначе, пока непонятно, как изменить ее искусственным путем. Двигатель Алкуберрье – пожалуй, наиболее привлекательный из предложенных проектов. В нем предлагается создать нечтовроде пространственного пузыря, который окружил бы корабль за счет сжатия пространства-времени перед его носом и расширения за кормой. Такой «пузырь» мог бы даже превысить скорость света, не нарушая СТО – ведь ограничения в скорости касаются только частиц материи, а не самого пространства. Но, к сожалению, для этого опять-таки потребуется отрицательная масса, которая пока что существует только в теории. В других проектах предлагается осваивать звездные просторы при помощи парусного флота. Когда-то морские корабли отказались от парусов в пользу двигателей: не исключено, что их космические «собратья» когда-нибудь проделают обратный путь. И это не фантастика. Солнечные паруса разгоняют аппараты за счет давления, создаваемого потоком ионизированных частиц или фотонов. Величина этого давления очень мала, поэтому паруса должны иметь весьма внушительную площадь. Сейчас они активно разрабатываются в разных странах, в том числе в России. Исследователи, работавшие в рамках BPP, имеют в своем запасе куда более оригинальные и эффективные решения. Так, они предложили создать что-то вроде солнечного диода. Такой парус должен пропускать свет только в одном направлении и отражать его в другом. Как вариант, одна сторона паруса могла бы отражать фотоны, а другая – поглощать их. Разница в давлении света создавала бы тягу даже при отсутствии в условиях «космического штиля» – при отсутствии попутного потока фотонов. «Парус Казимира» позволяет и вовсе не зависеть от излучения звезд. Эффект, предсказанный Хендриком Казимиром в 1948г., связан с флуктуациями вакуума, в ходе которых образуются короткоживущие частицы. Эти частицы носят название «виртуальных», но при этом они оказывают вполне реальное, хотя и очень слабое давление. Если каким-то образом усилить его на одной стороне паруса, корабль приобрел бы постоянное ускорение без всяких затрат топлива. О том, как именно это сделать, изобретатели умалчивают.
Программа BPP проработала 6 лет, после чего была прекращена. Спору нет: предложенные идеи весьма занимательны, но оправдывают ли они те 1,2 миллиона долларов, вложенные в разработку? Из-за значительных затрат при полном отсутствии практических результатов некоторые СМИ даже назвали программу «крупнейшей научной аферой века». Впрочем, едва ли это справедливо: ведь прорывные результаты невозможны без долгой теоретической подготовки. В конце концов, первые планы полета на Луну тоже имели мало общего с реальностью… Останутся ли разработки специалистов НАСА курьезом науки или же станут первым шагом к межзвездным путешествиям – покажет время.
