К ЗВЕЗДАМ! 3


Все величины в движущейся ракете («собственные» значения) получаются умножением тех же величин в неподвижной системе координат на преобразователь Лоренца.

Интересно, что в «собственной» системе координат уравнение Циолковского сохраняет правильность, но дело-то в том, что «собственная» скорость V\ входящая в это уравнение, не имеет физического смысла хотя бы потому, что она может как угодно сильно превосходить скорость света. И все же именно в этой разнице систем отсчета на Земле и летящей ракете суть замечательных возможностей, раскрывающихся перед космонавтикой.

В соответствии с выводами специальной теории относительности, уже не раз подтвержденными экспериментально, на летящей с большой скоростью ракете течение времени замедляется — «собственное» время отстает от земного.

Одновременно происходит и сокращение всех размеров в направлении полета. Именно этим и объясняется упомянутое выше безграничное возрастание «собственной» скорости ракеты. Эти явления начинают практически проявляться, начиная со скорости ракеты, равной примерно /з от скорости света (число Эйнштейна равно 0,65—0,7).

Следствия «замедления» времени в быстро летящей ракете оказываются столь парадоксальными, что им с трудом веришь, однако это — непреложный вывод науки. И именно эти следствия открывают космонавтике путь к далеким звездным мирам. Полет к звезде, находящейся на расстоянии во много световых лет, т. е. на расстоянии, которое свет со своей рекордной скоростью пробегает только за многие годы, любой звездолет может совершить, очевидно, лишь за еще большее время — ведь его скорость меньше скорости света. Так оно и будет по часам земных наблюдателей, отправивших корабль в его многолетний рейс. Но иначе будут отсчитывать время часы самих звездоплавателей, находящихся на корабле, —• они будут идти гораздо медленнее, если скорость ракеты близка к скорости света. Поэтому и еще потому, что для звездоплавателей расстояние до звезды сократится, их корабельные «спидометры» зарегистрируют «собственную» скорость, гораздо большую световой. Все путешествие, если не считать периодов разгона, а потом завершающего торможения корабля, для его пассажиров может длиться не тысячи и миллионы лет, а всего годы. Вот почему,

возвратившись на Землю из своей «кратковременной» межзвездной экскурсии, астронавты не узнают своей родной планеты и не найдут своих родных и близких — на Земле за это время пройдут века и тысячелетия.

Вот неоспоримые цифры. Если корабль мчится в космосе с «собственной» скоростью, в 18 раз большей скорости света, то за одну секунду жизни звездоплавателей жители Земли проживут 1 год. Если «собственная» скорость еще возрастет до значения, превышающего скорость света в 32 раза, то та же секунда превратится для «землян» в ... миллион лет! Интересно, что при такой скорости полета расстояние до ближайшей к нам звезды — Проксимы Центавра, равное 4,27 светового года, для звездоплавателей в их «собственной» системе отсчета будет равно всего... 1 км! Они пролетят его всего примерно за 50 микросекунд, т. е. за 50 миллионных долей секунды! Но для этого истинная скорость корабля для земных наблюдателей должна отличаться от скорости света с всего примерно на 10~13 с, т. е. на 30 микронов в секунду (это при скорости света 300000 км/сек).

Конечно, во всех практических случаях полета разгон до необходимой околосветовой скорости должен осуществляться лишь постепенно, поскольку экипаж корабля и его конструкция не допускают значительных инерционных перегрузок. Если принять ускорение корабля постоянным и равным земному, чтобы был обеспечен максимальный комфорт звездоплавателям, то продолжительность разгона составит примерно 3* 10 сек, или около года. Столько же времени потребует и заключительное торможение корабля. Само собой разумеется, что это несколько увеличит продолжительность полета, но вряд ли уменьшит его привлекательность для звездоплавателей.

К сожалению, есть иные, гораздо более серьезные препятствия на пути к осуществлению такого полета. И на первом месте, конечно, в этой связи следует упомянуть проблему энергии, необходимой для реализации межзвездной экспедиции. Нетрудно себе представить, что разгон межзвездного корабля до необходимой околосветовой скорости потребует затрат колоссальной энергии. Однако истинная величина этой энергии все же оказывается, пожалуй, неожиданно большой.

Нечего и говорить о том, что химическая энергия в этих случаях не может рассматриваться (для достижения

скорости, равной половине скорости света, соотношение масс должно равняться 1040!). Мало того, и ядерная энергия, выделяющаяся в процессах деления или синтеза, также оказывается совершенно недостаточной (достижение скорости, равной 0,6 скорости света, потребует соотношения масс 10). Речь может идти лишь о полном использовании «эйнштейновской» потенциальной энергии вещества, например, выделяющейся в процессах аннигиляции, т. е. в квантовой ракете, или же, например, в электроракете при скорости истечения, близкой к скорости света. Но и в этом предельном случае расход рабочего вещества получается все же чрезмерно большим.

Как показывает расчет, при наличии на борту корабля рабочего вещества с массой, равной массе самого корабля, может быть достигнута скорость полета, равная примерно половине скорости света. Но даже наиболее короткий межзвездный полет — к Проксиме Центавра)» когда он совершается с постоянным ускорением, равным земному (до половины пути — разгон, затем — торможение), потребует уже расхода рабочего вещества в 40 кг на каждый килограмм массы корабля, которая достигнет цели назначения. Такой перелет будет длиться 6 лет, тогда как по часам звездоплавателей пройдет 3,6 года. Максимальная скорость звездолета (в середине пути) будет в этом случае меньше скорости света всего примерно на 0,1%.

При дальнейшем увеличении скорости полета расход рабочего вещества быстро возрастает. Так, например, если полет корабля с постоянным ускорением, равным земному, будет длиться уже не 3,6 года по часам звездоплавателей, как в предыдущем примере, а 42 года (за это время будет пройден путь 2,4* 10 световых лет!), то на каждый килограмм корабля придется израсходовать в процессе аннигиляции 10 кг рабочего вещества!

Некоторого уменьшения расхода рабочего вещества можно достичь, если разбить весь путь корабля до далекой цели не на два равных участка (сначала разгон, потом торможение), а на три, так что между двумя указанными выше участками будет находиться участок полета с выключенным двигателем и, следовательно, с постоянной (максимальной) скоростью (рис. 178). Для полета

*) Если все размеры во Вселенной уменьшить так, чтобы земной шар стал шариком диаметром 1 мм, то Проксима окажется на расстоянии 2700 км от этого шарика!

с возвращением это будет означать не 4, а 6 участков. Если принять в качестве максимального практически допустимого отношения стартовой массы корабля к массе полезной нагрузки величину, равную 1300, то можно определить практически возможную дальность межзвездного полета. По расчетам итальянского профессора Крокко, в случае полного использования «эйнштейновской» энергии

Поборот

Старт

Финиш

Разгон

с постоянным ускорением

Торможение с постоянным

ускорением

Финиш I

Торможение с постоянным ускорением

Точка поборота

ct=>A-

Поборот

Разгон

с постоянным ускорением

-4-L-3=

Старт

Поборот

\°”Г

Разгон Полет

с постоянным с постоянной , ускорением ^коростью^ '

Торможение

v с постоянным _ /

N пг.кппением Финишу.

> o<zJ

ускорением Финишу

/ Финиш Торможениеv /) N с постоянным г/ УК ускорением ^

Поборот

4 <■— с—'

Полет Разгон " бтарпЩ

с постоянной с постоянным \

скоростью ускорением

Рис. 178. Космический полет с возвращением, состоящий из четырех (сверху) и шести этапов (Missiles and Rockets, IV, 1958).

такой полет может быть осуществлен на расстояние 16 световых лет при разбивке его на 4 участка и на расстояние 34 световых года при разбивке на 6 участков. В первом случае может быть достигнута любая из примерно пятидесяти ближайших к Земле звезд, во втором — одна из 480 звезд.

Как видно, колоссальное количество энергии, которую нужно затратить на совершение дальнего звездного полета, не позволяет использовать замечательные возможности полета со сверхсветовой «собственной» скоростью.

, 429

Значит ли это, однако, что наука не видит никаких перспектив в этом отношении?

Вовсе нет. Правда, сегодня еще нельзя с полной уверенностью сказать, какую именно из намечающихся возможностей удастся реализовать в действительности. Нельзя, конечно, и предусмотреть еще не сделанные открытия. Но несомненно одно — настойчивые поиски путей в космос дадут должные результаты, человечество сумеет использовать все возможности, предоставляемые ему природой.

Одна из таких возможностей связана, как уже указывалось выше, с утилизацией межзвездного вещества в аннигиляционном ракетном двигателе звездолета. Как ни исчезающе мала плотность межзвездного газа — примерно один атом в кубическом сантиметре, — при огромной скорости звездолета он будет встречать на своем пути весьма значительное количество такого газа. А ведь в облаках, сгущениях межзвездного вещества его плотность в десятки раз больше. Еще больше эта плотность в своеобразных «дорожках» вещества, соединяющих между собой отдельные галактики. Не удивительно, что полеты от галактики к галактике некоторые ученые (например, эту идею высказывал в 1952 г. Цвикки) предлагают осуществлять именно по таким «дорожкам».

Для этого необходимо использовать встречные частицы вещества в своеобразном «прямоточно-фотонном» двигателе звездолета. Эти частицы будут «заглатываться» спереди приемником звездолета с поверхностью, например, в квадратный километр и «перерабатываться» в его двигателе в кванты излучения, испускаемые расположенным сзади излучателем. Конечно, это только схема, ни один ее элемент еще не только не создан, но пока не ясно даже, как именно можно его создать.

Но если уж ориентироваться на источники энергии, лежащие вне звездолета, что, конечно, весьма заманчиво, то еще более привлекательна принципиальная возможность использования не межзвездного вещества (его там все же относительно мало), а силовых полей космического пространства. О таких возможностях уже упоминалось выше. Электромагнитные поля, в особенности локальные, могут оказаться способными питать летящий звездолет энергией, необходимой для осуществления самых дальних межгалактических рейсов. Не исключено, что будут найдены и иные сверхмощные силовые поля, действующие

в мегамире (существуют весьма обоснованные научные предположения такого рода).

Наконец, нельзя исключать и уже упоминавшуюся выше возможность использования энергозаправочных станций, расположенных заранее вдоль трассы будущего полета звездолета. Планомерное проникновение этих станций в глубь космоса отмечало бы «магистрали», по которым стали бы устремляться к далеким мирам межзвездные корабли. От станции к станции, каждая из которых медленно циркулировала бы в заданном районе космоса, могли бы мчаться звездолеты, не сбавляя хода и на лету «заправляясь» лучистой энергией. В свою очередь станции накапливали бы запасы энергии в промежутках между такими «заправками», используя для этого один из упоминавшихся выше способов.

Чтобы закончить рассмотрение проблемы энергии, нельзя не упомянуть, естественно, и о такой волнующей возможности, как овладение силой тяготения и ее использование на службе космонавтики. До сих пор гравитация была лишь противником космонавтов и, вероятно, еще долго ею останется. Но наука не без оснований предполагает, что такое положение сохранится не всегда, что настанет момент, когда из врага она станет союзником. Когда будет до конца понята природа гравитационного поля, обнаружены «частицы» этого поля — гравитоны, фигурирующие ныне лишь в трудах физиков-теоретиков, то вполне реальной станет проблема использования энергии поля тяготения для ускорения движения космического корабля. Правда, можно думать, что это окажется решающей победой для космонавтики «ближнего действия», т. е. для расстояний, не слишком удаленных от Солнца и звезд, да и для многих отраслей «земной» техники и даже самого нашего быта. Что касается межзвездных перелетов, то они должны совершаться в основном через гигантские пространства крайне слабого гравитационного поля, так что для них использование энергии этого поля может и не иметь столь большого значения.

Ученые не сомневаются в том, что на тысячах и миллионах планет в окружающем нас мировом пространстве есть разумная жизнь. Знать это и не попытаться протянуть руку мыслящим существам — людям чужих миров, человек не может. Он попытается и победит.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Вместо предисловия...... . 3

Глава 1

Могучее семейство ....... 7

Глава 2

Сила и слабость химии......23

Глава 3

Ядерная ракета.........92

Глава 4

Вместо термохимических — электротермические ......... 144

Глава 5

Тайны плазмы.........166

Глава 6

От «горячего» к «холодному» электричеству ...........207

Глава 7

Электростанция на ракете.....264

Глава 8

Электрические космические корабли 342

Глава 9

Кванты в упряжке........384

Глава 10

К зеездам! . . .........408



Электрические межпланетные корабли, Гильзин К.А., 1970



Блондинка за углом смотреть фильм
Маленькая Вера смотреть фильм
Любовь и голуби смотреть фильм