Каким виделось будущее межзвездных путешествий

В 1973 году Британское межпланетное общество — первая и старейшая организация, целью которой были заявлены исключительно космические исследования, развитие и поддержка космонавтики, — запустило масштабный пятилетний проект по поиску и созданию наиболее перспективного дизайна беспилотного космического аппарата, предназначенного для межзвездных путешествий. Первым среди предложенных решений стал «Дедал». Данный план выглядел еще более амбициозным и ставил ключевой целью поиск возможности для пилотируемых путешествий к различным звездам с прицелом использования технологий ближайшего будущего.

Как достигнуть нужной скорости, накопить достаточный объем энергии и при этом не спалить космический аппарат и находящихся на его борту людей дотла? Задачи явно не из простых. Команда проекта «Дедал» пришла к решению использования кратковременного ядерного ускорения, которое позволило бы преодолеть подобные сложности. Предложенная система работала примерно таким образом: внутри параболических магнитных полей, расположенных позади космического корабля, будут производиться небольшие термоядерные взрывы, чья энергия будет ускорять космический аппарат с максимально возможным уровнем КПД.

Конечно, для реализации межзвездных путешествий потребуется сперва придумать, как разогнать космический аппарат до скорости свыше 10 000 километров в секунду. Но это лишь часть проблемы. Второй вопрос в том, кто в таком случае будет управлять кораблем? В качестве вероятного решения рассматривалась возможность использования независимой системы автопилотирования. В качестве топлива для реакторов предлагалось использовать изотоп гелий-3, который можно добыть в атмосфере Юпитера или прямо на поверхности Луны.

В конечном итоге в окончательном отчете 1978 года было громко заявлено, что межзвездные перелеты действительно возможны, но к созданию рабочего прототипа инженеры так и не приступили.

Тем не менее назвать проект «Дедал» несбыточной мечтой было бы преждевременно. Многочисленные отчеты говорят о том, что современные космические агентства и университеты мира продолжают изучение идей использования ядерной энергии в качестве движущей силы космических аппаратов, заложенных еще проектом «Дедал» более 30 лет назад.

Члены Британского межпланетного общества и фонд Tau Zero в 2009 году приступили к проекту «Икар», цель которого заключается в теоретической оценке возможности создания космического аппарата с термоядерным двигателем, предназначенным для межзвездных путешествий. Впоследствии результаты работы могут превратиться в проектирование непилотируемой космической миссии.

В проекте принимали участие более 20 ученых и инженеров. Их задачей была попытка спроектировать двигательную установку, основанную на термоядерной реакции и способную обеспечить разгон корабля до 10—20% от скорости света. По сути, в основу «Икара» лег проект «Дедал», но в дальнейшем «Икар» должен был стать самостоятельным проектом, лишь с очень незначительным заимствованием элементов «Дедала». «Икар» планировалось завершить еще в 2014 году, но работа по-прежнему продолжается. В настоящий момент организаторы ищут добровольцев, которые смогли бы его завершить.

Планетарное общество запустило проект под названием «Световой парус» (LightSail) для изучения возможности разработки космического аппарата, работающего полностью на солнечной энергии и ускоряемый исключительно солнечным светом. После нескольких неудачных попыток программы LightSail 1 в 2015 году все же удалось успешно завершить пробный запуск и раскрытие солнечного паруса. Новый вариант солнечного паруса, LightSail 2, планируется вывести на орбиту Земли с помощью ракеты SpaceX Falcon Heavy в 2018 году.

Концепт использования солнечного паруса в качестве двигательной системы далеко не нов. Еще с открытием первых фотонов такие астрономы, как Иоганн Кеплер, еще в 1600-х годах начали мечтать и теоретизировать на тему возможности сбора солнечной энергии и перевода ее в импульс для наделения другого объекта ускорением.

Современные ученые не утратили этого желания. Взять хотя бы Стивена Хокинга и его проект под названием Breakthrough Starshot. В рамках своего недавнего пребывания в Норвегии Хокинг рассказал о том, как небольшой космический зонд смог бы «путешествовать верхом на луче света» со скоростью около 160 миллионов километров в час. Разумеется, как и любому амбициозный проекту, Breakthrough Starshot придется сначала преодолеть и не менее амбициозные проблемы, перед тем как что-то может получиться.

В 1960-м году американский физик Роберт Бассард представил концепт межзвездного космического аппарата, способного передвигаться с невероятной скоростью. В его основе лежит система, способная производить захват вещества межзвездной среды (водорода и пыли) и использовать его в качестве топлива в термоядерном двигателе корабля.

Согласно расчетам Бассарда, двигателю для работы потребуется забор межзвездного вещества с площади, равной почти 10 000 квадратным километрам. Для этого, в свою очередь, потребуется использование электромагнитного (электростатического ионного) собирающего коллектора огромного диаметра и чрезвычайно большой напряжённости поля. Дальнейший анализ, тем не менее, показал, что масса собираемого вещества была бы в этом случае все равно настолько низкой, что это ставило бы под сомнение эффективность системы.

Использование изотопов водорода в качестве топлива для ядерной реакции и производства необходимой тяги для межзвездных путешествий стало несбыточной мечтой. Новым же направлением развития были выбраны ракетные ускорители на антиматерии, где взаимодействие между обычной материей и антиматерией вызывает аннигиляцию обоих и создает при этом колоссальный уровень энергии.

Если представить возможность направленного выпуска огромного объема этой энергии, то создаваемый энергетический взрыв, вызываемый взаимной аннигиляцией сталкивающихся между собой атомов, можно было бы использовать в качестве рабочего тела для движения космического аппарата. Однако мы пока далеки от возможности провести такие испытания в реальных условиях.

Кроме того, использование антиматерии в качестве топлива для ракетных двигателей будет накладывать целый ряд ограничений: во-первых, в результате реакции будет создаваться невероятно высокий уровень гамма-излучения; во-вторых, сложно получить достаточный объем антиматерии; и в-третьих, становится весьма ограниченным объем возможной полезной нагрузки, которую можно взять с собой.

Тем не менее Институт разработки перспективных концептов NASA вложил средства в исследования вероятности создания космического аппарата на антиматерии, который будет лишен по крайней мере первой вышеуказанной проблемы. По мнению исследователей, если использовать в качестве основного элемента антивещества позитроны (античастицы электронов), то энергетические показатели гамма-лучей будут гораздо ниже.

Еще одно исследование позволяет решить вторую проблему в списке, путем использования так называемого паруса на антиматерии. Создателем этого концепта является Геральд Джексон, бывший физик компании Fermilab. Джексон предложил провести кампанию по сбору средств на площадке Kickstarter. Для создания и проверки рабочего прототипа было необходимо около 200 000 долларов. Однако фактическая сумма реализации и внедрения этой технологии потребует, разумеется, гораздо больших финансовых затрат.

Аэрокосмическое агентство NASA предложило свой вариант «стартрекоподобного» космического корабля с возможностью варп-ускорений в 2016 году. В представленных фотографиях можно без труда разглядеть детали корабля USS Enterprise из культовой киновселенной. Создатель концепта Марк Родмейкер поделился в интервью Washington Post о том, что целью данной работы было вдохновить молодых людей выбрать карьеру инженера по разработкам космических аппаратов.

Согласно концепту данного проекта, корабль IXS Enterprise использует не ядерную реакцию и антиматерию для перемещения в пространстве, а варп-двигатель. Большие кольцеобразные структуры вокруг корабля создают «варп-пузырь», который сокращает объем энергии, необходимый для работы варп-двигателя.