Таким в разное время 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.
Термоядерное ускорение
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.
Проект «Икар»
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.
«Световой парус»
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.
Межзвёздный прямоточный двигатель Бассарда
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.
Ракеты на антиматерии
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.
Концепт космического корабля IXS ENTERPRISE
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.