Подорожі на ракеті з вічним двигуном або підйом на космічному ліфті стали прикметами недалекого майбутнього
На планеті Земля практично не залишилося недосліджених місць, люди проникли в найглибші океанські западини і піднялися на найвищі вершини. Всілякі технічні засоби дозволяють розгледіти найдрібніших живих істот і, немов вдень, спостерігати за нічним життям. Однак тяга до нового, штовхала свого часу Колумба і Васко да Гаму, не дає спокою і нашим сучасникам, які нестримно прагнуть дізнатися більше про єдиний поки не освоєному просторі - космічному.
Image Credit: SSV, MIPL, Magellan Team, NASA
ДОСЛІДЖЕННЯ КОСМОСУ
Незважаючи на те, що інтерес до зірок був у людства на всіх, навіть самих древніх етапах розвитку, технічного прогресу знадобилися тисячі років, щоб нарешті наблизити людину до космосу (наскільки взагалі до нескінченного космосу можливо наблизитися). Від перших телескопів Галілея до навколоземного "Хаббла" - людина все уважніше вдивлявся в незвідане небо. Зі стартом спочатку некерованих, а потім пілотованих космічних місій, ми дізнавалися про Всесвіт все більше. 48 років тому "маленький крок для людини, але величезний стрибок для людства" став тріумфом людського генія і винахідливості, побічно підтвердивши потенційно необмежені можливості техніки. Втім, подальший прогрес дослідження космосу натрапив на істотну перешкоду, яку не зміг повністю подолати досі - дистанцію. Якщо відстань від Землі до Місяця всього лише 384 400 км, то вже до найближчої від нас планети - Венери - доведеться летіти 40 млн км. Нинішнім космічним апаратам знадобиться на це мінімум чотири місяці. 120 днів в один бік і стільки ж - назад. Занадто довгий автономне подорож для людини. Але прогрес не стоїть на місці, і вже в доступному для огляду майбутньому цей політ може скоротитися мінімум в чотири рази.
EMDRIVE. Фото: COURTESY AIAA
EMDRIVE
У 2001 році британський інженер Роджер Шойер оприлюднив деталі революційного двигуна, теоретично здатного не тільки в кілька разів збільшити швидкість пересування в космосі, але і робити це без використання рідкого або твердого палива. Ідея Шойер, названа EmDrive, заснована на використанні електромагнітних хвиль, коливання яких в замкнутому резонаторі спеціальної форми створюють тягу. Для своєї роботи установка використовувала лише невеликий обсяг електроенергії, яку можна було отримувати з сонячних батарей. Таким чином, обладнаний подібним двигуном літальний апарат міг досягати небачених раніше швидкостей, скоротивши подорож за маршрутом Земля-Венера до 40 днів, і при цьому рухатися власним ходом дуже довго - поки вистачає світла. На жаль, апарат мав один важливий нюанс: він порушував закони фізики, зокрема, третій закон Ньютона, який стверджує, що на кожну силу є рівнозначне протидію. Тому в наукових колах швидко забули про пропозицію Шойер, назвали її нездійсненним і поклали папку з кресленнями в довгий ящик.
Чи не діставали її звідти до 2010 року, коли в китайському Північно-західному політехнічному університеті створили робочий прототип двигуна Шойер. Хоча рівень тяги, створеної апаратом, був досить низьким по відношенню до його масі, все ж показники були захмарними. На цій хвилі знову ожила дискусія про експериментальне двигуні, а його розробник показав світу другий теоретичний прототип, ще більш ефективний, ніж попередній. Правда, його пояснення принципу дії викликало лише сміх у академіків, тому жодна стаття Шойєра на цю тему не була опублікована в рецензованому фаховому виданні. Тим часом, глобальний інтерес до апарата знову пішов на спад, тим більше через кілька років китайські вчені заявили, що знайшли помилку в своєму попередньому дослідженні і знизили реальні показники тяги до рівня похибки. Хоча подекуди відбувалися різні експерименти, тема "вічного двигуна Шойєра" затихла аж до 2014 року, коли дослідники однієї з лабораторій НАСА підтвердили "ймовірність" теорії Шойєра. Правда, дослідження проводилося на дуже малій потужності, тому, як визнали самі дослідники, "це - невеликий проект, який поки не дав практичних наслідків".
Все ж академічні кола досі дуже скептично ставляться до майбутнього цієї технології, відзначаючи, що вона порушує принципи світобудови, оскільки при створенні тяги нібито не породжує контрсилу. Але і без "двигуна Шойер" інженерна думка створила кілька інших пристосувань, що дозволяють здешевити і прискорити космічні подорожі.
Лазерна ЕНЕРГІЯ
Найбільшим обмеженням для сучасних ракетних двигунів став величезний витрата палива. Щоб набрати необхідну для виходу за межі атмосфери швидкість, літальному апарату потрібно спалити сотні тонн палива. Крім істотного подорожчання, це ще і значно збільшує масу ракети, адже паливо згорає поступово. З огляду на це, інженери вже багато років працюють над розробкою механізмів зовнішньої доставки енергії. Однією з найбільш досконалих на сьогодні є променева форма харчування, яка використовує спрямований промінь енергії, сфокусований на апараті. Для цієї мети можуть служити лазер або мікрохвилі. Розміщення потужної генеруючої станції на поверхні Землі позбавляє від необхідності встановлювати важкі елементи живлення на самому літальному пристрої. Численні концептуальні системи вже кілька років проходять випробування, але жодної дійсно робочої променевої установки космічного харчування поки не створено, хоча сучасний рівень технологій вже нібито досяг необхідного для цього рівня.
Фото: NASA / Bill Ingalls
ЯДЕРНА ПАЛИВО
Іншим способом збільшення дальності і потужності космічних апаратів є обладнання їх ядерними силовими установками. Хоча цей варіант не дуже зменшує масу ракети, він значно збільшує дальність її автономного ходу, оскільки реакція розщеплення ядра атома вивільняє гігантську кількість енергії при щодо малих витратах палива. Перші спроби застосувати в космонавтиці тільки що винайдену атомну енергію були зроблені ще в 50-х роках минулого століття. Під час космічної гонки США і СРСР наполегливо працювали над цією технологією, проте Штати опинилися разворотливости, і вже в 60-х роках створили робочий прототип. На наше щастя, величезна небезпека потенційної ядерної катастрофи в атмосфері була виявлена на відносно ранніх етапах, і роботи над проектом припинили. Коли в 1965 році США провели реалістичне випробування обладнаного ядерним реактором космічного апарату, то виявили, що його аварія в космосі або атмосфері Землі викличе радіоактивне забруднення величезних територій, масштаб якого буде залежати виключно від непідвладною нам погоди.
ЛІФТ В КОСМОС І СОНЯЧНИЙ ПАРУС
Ідею створення стаціонарного підйомника в космос вперше висловив в далекому 1895 року легендарний Костянтин Ціолковський. Зрозуміло, що тодішні технології не дозволяли втілити цю ідею в життя, однак винахід вуглеволокна і запуск МКС змінили це. Уже розроблені детальні плани фізичного з'єднання літального апарату на навколоземній орбіті зі станцією на поверхні Землі. Створення космічного ліфта потенційно дозволить заощадити величезні кошти на доставці вантажів на орбіту. Деякі проекти навіть пропонують використовувати довжелезний натягнутий трос для запуску літальних апаратів, адже це дозволяє використовувати природні сили Землі для прискорення. Незважаючи на гадану нереалістичність цієї ідеї, японська будівельна компанія "Обаяші" вже оголосила про свої плани до 2050 року створити космічний ліфт.
Ще перспективніше виглядає система так званого "сонячного вітрила". Це пристрій, що використовує тиск сонячного світла на дзеркальну поверхню для приведення в рух космічного апарату. На відміну від перерахованих раніше технологій, сонячне вітрило вже знайшов практичне застосування в дослідженні космосу, хоча і дуже обмежене. Перевагою сонячного парусника стало б відсутність палива на борту. А недоліком - той факт, що за межами Сонячної системи тиск сонячного світла наближається до нуля, і тому розгін сонячного парусника стає проблематичним. Як варіант, розглядається проект розгону лазерними установками з якогось астероїда. І хоч це схоже більше на фантастику, зараз це один з найбільш реалістичних варіантів зорельота.
СВОБОДА мрійник
Тим часом, завзятий Роджер Шойер не сидить склавши руки. Під шум критики з усіх боків він заснував власну компанію і продовжує працювати над високоефективним вічним двигуном, дизайн якого вже запатентував. Минулого місяця він представив третє покоління силової установки EmDrive , Яка дозволяє не тільки відправляти надскладні й дорогі пристрої в космос, а й підняти в повітря невеликий персональний літако-автомобіль з вертикальним злетом і посадкою.
Хоча цього проекту бракує працюють прототипів, він наочно демонструє не тільки можливість пристосувати космічні технології до побутових потреб, а й силу індивідуальної думки. Без мільярдних ресурсів і великої професійної команди Шойер, можливо, вдалося кардинально змінити уявлення про світ, відкривши нові закони фізики. Говорячи про його, на перший погляд, неосуществимом проект, варто відзначити, що такі звичні сучасній землянинові технології, як телебачення, авіатранспорт, пересадка внутрішніх органів і навіть централізоване опалення, - свого часу натрапляв на гучну критику. Світ не стоїть на місці, а стрімко несеться вперед за допомогою інженерної думки і технічного прогресу. Тому ні у кого не викликає сумнівів сам факт відправки людини на освоєння інших планет вже в доступному для огляду майбутньому. А ось, яка саме технологія дозволить це зробити: мікрохвильова, фотонна, плазмова, ядерна, магнітна або будь-яка інша, - це предмет дискусії, яка вже зовсім скоро дасть свої практичні наслідки.
Максим Наливайко, Оттава