Александр Багров - Каравеллы для звездоплавателей

• Название: Каравеллы для звездоплавателей
• Автор: Александр Багров
• Издательство: Ежегодник «Наука и Человечество 1992–1994 год»
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1994

Статья из ежегодника «Наука и Человечество 1992–1994 год».

---

Пожалуй, среди проектов межзвездных ракет, которые рассматривались в качестве отправной точки для детальной разработки, наиболее известны «Орион» и «Дедал».

Свою идею звездолета «Орион» с импульсным термоядерным двигателем американский ученый Ф. Дайсон опубликовал в 1968 г. Как раз тогда растущие мировые арсеналы водородных бомб и невообразимая их мощь создали атмосферу страха перед будущим. Но вот тут-то и появился проект, где движение обеспечивалось взрывами водородных бомб возле массивной плиты, соединенной амортизаторами с остальными частями корабля (рис. 5, 6). Возникающие при термоядерных реакциях частицы высокой энергии, застревая в плите, передают ей свой импульс, а амортизаторы гасят резкие толчки от взрывов. Конечно же, то, что на топливо для «Ориона» шла начинка водородных бомб, вызывало всеобщую симпатию к проекту. «Какой это был бы замечательный день, если бы ужасное оружие удалось использовать вот таким мирным способом» — писал американский журнал «Спейсфлайт» по этому поводу.

Рис. 5. Конструкция термоядерного импульсного звездолета «Орион».
Рис. 6. Полет «Ориона». Повторяющиеся друг за другом термоядерные взрывы толкают тяжелую плиту в основании корабля.

К сожалению, совсем неясно, как изготовить ударную плиту, способную без ущерба для себя выдерживать термоядерные взрывы. Но даже если бы случилось чудо и непробиваемый материал для нее удалось создать, то все равно мы бы не знали, как избавиться от нагрева конструкций поглощаемой ею энергией? Хоть прост и привлекателен проект, да несбыточен.

Ученые Британского межпланетного общества полагают, что обе проблемы (создать неразрушаемый и ненагреваемый микровзрывами реактивный двигатель) было бы легче решить, если роль взрывной камеры и сопла двигателя передать магнитному полю и использовать реакцию аннигиляции. При аннигиляции протона и антипротона большая часть энергии уносится заряженными пи-мезонами, которые легко фокусируются магнитным полем специально подобранной конфигурации (рис. 7). Часть энергии микровзрыва приходится на нейтральные пи-ноль-мезоны, довольно быстро распадающиеся на гамма-кванты. Требование отнести полезные грузы достаточно далеко от реактора (чтобы уменьшить поток проникающего гамма-излучения) и снабдить ракету радиаторами для сброса поглощаемой энергии, по сути, предопределяют облик звездолета с аннигиляционным двигателем (рис. 8).

Рис. 7. Принцип действия протон-антипротонного аннигиляционного двигателя. Магнитное поле в форме камеры-ловушки и расширяющегося сопла формируется током в кольцевых витках из сверхпроводника. После взаимодействия протона с антипротоном рождаются заряженные пи-мезоны и нейтральные пи-ноль-мезоны. Заряженные пи-мезоны летят в направлении из сопла почти параллельным пучком и, пройдя почти 2 км, распадаются на другие частицы. Нейтральные пи-ноль-мезоны и продукты их распада — гамма-кванты не отклоняются магнитный полем реактора и, поглощаясь веществом звездолета, нагревают его.
Рис. 8. Конструкция звездолета с аннигиляционным двигателей. Длинная ферма, соединяющая двигатель с жилыми отсеками, несет множество радиаторов. Она призвана уберечь экипаж и запасы топлива от перегрева и жесткой радиации.

Английские энтузиасты звездоплавания продолжают активно работать над теорией аннигиляционных реакций и упорно искать технически возможные пути их реализации. И успехи налицо. Так, в реакции аннигиляции уже видят не только источник жестких гамма-квантов для фотонного звездолета с абсолютным отражателем (в отличие от составителей советской энциклопедии «Космонавтика»). Проведено и целенаправленное сопоставление реакций аннигиляции разных типов, изучаются всевозможные конструкции контейнеров для хранения и позирования антивещества, просчитываются разные варианты магнитного сопла и реактора. Лучше всего, видимо, производить антивещество непосредственно на борту корабля: так безопаснее, да и пополнять запасы сырья можно в любом месте посадки.

Аннигиляционный подход столь популярен из-за того, что обещает перемещение в космосе с релятивистскими скоростями. А ведь только при больших скоростях человечество вправе рассчитывать на быструю отдачу от межзвездных полетов. В противном случае они вовсе бессмысленны. Покидающий Солнечную систему, «Вояджер-2» летит слишком медленно для того, чтобы долететь хотя бы до ближайшей звезды раньше специально посланного к ней корабля, пусть даже и стартующего столетия спустя.

Какова та минимальная скорость «межзвездных сообщений», при которой они будут иметь смысл для земной цивилизации? Мы считаем, что полет к другой звездной системе будет оправдан, если займет примерно столько же времени, сколько понадобится для того, чтобы получить тот же объем новой информации об интересующем нас объекте, но иными средствами, т. е. — без осуществления данного конкретного полета. Нынешние темпы развития нашей цивилизации таковы, что создавать стоило бы лишь межзвездный зонд, который доберется до окрестностей соседней звезды за 100–150 лет. Высокоскоростные аннигиляционные ракеты всем хороши, только вот едва ли их проекты станут технически осуществимы в ближайшие полвека.

В 1975 г. на суд Космической подкомиссии Палаты представителей США (в рамках выработки долгосрочных космических программ для Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства) Р. Форвардом (Forward) был представлен дерзкий план подготовки межзвездных полетов со стартом пилотируемой экспедиции к одной из ближайших звезд в 2025 г. А три года спустя группа ученых Британского межпланетного общества обнародовала тщательно разработанный проект «Дедал» (рис. 9, 10). В его создании приняло участие около 120 человек, но главная тяжесть легла на плечи (читай: головы) 13 ученых. Всего затрачено было около 100 000 человеко-часов высококвалифицированного труда.

Рис. 9. Звездолет «Дедал» в стартовом состоянии.

В качестве исходного принципа принималась осуществимость решений в рамках известных в настоящее время технологий. Поэтому, почти все упомянутые выше, концепции исключались из рассмотрения. Оставлена была лишь идея импульсного термоядерного двигателя, где заряд поджигается мощным электронным пучком. Из всех термоядерных реакций (а рассматривались только те, в которых не образуются сверхопасные свободные нейтроны) был выбран синтез дейтерия с гелием-3, поскольку энергию, необходимую для его инициации, способен дать ускоритель электронов.

Конструкция магнитных камеры сгорания и сопла примерно такая же, как показанная на рис. 7, только вдоль самого большого витка с током в звездолете «Дедал» должна быть размещена цепочка смотрящих внутрь инициирующих электронных пушек. Микрозаряды диаметром 4 см в тонкой оболочке из сверхпроводника должны подаваться в зону взрыва 250 раз в секунду специальным электромагнитным ускорителем.

У «Дедала» две ступени, очень похожие друг на друга и различающиеся по сути лишь размерами. Вместе с цилиндрическим контейнером для научной аппаратуры (диаметр 50 м) высота корабля составит около 200 м, а габаритные диаметры первой и второй ступеней — 200 и 80 м.

Рис. 10. Старт второй ступени звездолета «Дедал».

В гигантских шарах-баллонах (диаметром 60 м на первой ступени и 40 м на второй) во время полета хранятся чрезвычайно летучие компоненты топлива при температуре 3 К. Предусматривается, что баки по мере их опустошения сбрасываются, Первая ступень примет 46 000 т топлива, и еще 4000 т — вторая. 50 тыс. т дейтерия и гелия-3 добыть чрезвычайно трудно. Предполагается, что это удастся сделать в атмосфере Юпитера, для чего туда потребуется запустить около 300 воздушных шаров с необходимым оборудованием.

Огромный начальный вес корабля заставляет отнести место его старта как можно дальше от Солнца, — видимо, на один из спутников того же Юпитера.

За четыре года полета аппарат наберет скорость порядка 12% от скорости света, пройдя при этом 0,21 св. года. Дальнейший путь до одной из ближайших к Солнцу звезд займет около 45 лет. Конечно, все это время будут вестись ценнейшие астрономические наблюдения. Для защиты от столкновении с частицами межзвездной среды после разгона перед аппаратом на расстоянии 200 км полетит 50-тонный бериллиевый щит, а размещенные на нем датчики сообщат нам точнейшие сведения об окружающей обстановке. На огромной скорости «Дедал» за несколько суток промчится мимо планетной системы вокруг звезды, к которой стремился. Наименьшее расстояние составит 0,05 св. года — Плутон находится в 700 раз ближе к Солнцу.