Еще одна проблема — торможение. Если вы несетесь сквозь пространство со скоростью, близкой к скорости света, как вы будете замедляться, когда доберетесь до места назначения? Солнечные и лазерные паруса всецело зависят от энергии светила или батареи лазеров, которые никак не могут замедлить движение космического корабля. Так что движимые парусом космические корабли будут полезны в основном в исследовательских пролетных программах.
Для ядерных космических кораблей лучший метод торможения, вероятно, состоит в том, чтобы развернуть корабль на 180° и направить тягу двигателей в противоположную сторону. Однако при такой стратегии примерно половина тяги корабля будет использоваться на набор скорости, а вторая половина — на торможение. Солнечный парус, возможно, удастся поставить таким образом, чтобы свет от звезды, к которой направляется экспедиция, постепенно тормозил корабль.
Еще одна проблема состоит в том, что большинство пилотируемых космических кораблей будут очень большими и неуклюжими. Собирать их придется в открытом космосе, значит, понадобятся десятки экспедиций, чтобы доставить на орбиту строительные материалы, и еще большее их число, чтобы собрать корабль. Для сокращения расходов нужен более экономный метод запуска экспедиций в космос. Именно здесь может пригодиться космический лифт.
Лифт в космос
Космический лифт, если бы его удалось создать с применением нанотехнологий, кардинально изменил бы ситуацию с исследованием космоса
[42]. Космический лифт представляет собой длинную штангу, протянувшуюся с поверхности Земли в открытый космос. Представляете, входишь в кабину, нажимаешь на кнопку, и лифт быстро поднимает тебя на орбиту. Никаких перегрузок при старте ракеты с космодрома — подъем в космос будет таким же мягким и спокойным, как подъем в лифте на верхний этаж небоскреба. Космический лифт бросил бы вызов земному тяготению и обеспечил нам простой способ подниматься в небеса.
О возможности космического лифта первым задумался Константин Циолковский, которого очень заинтересовало строительство в 1880-х гг. Эйфелевой башни в Париже. Если инженеры смогли построить столь великолепное сооружение, спросил он себя, то почему бы не продолжить строительство и не направить конструкцию прямо в открытый космос? Основываясь на простых физических принципах, Циолковский сумел показать, что теоретически, если сделать башню достаточно высокой, то с какого-то момента центробежная сила сможет поддерживать ее в вертикальном положении без какого-либо внешнего воздействия. Точно так же, как раскручиваемый на нитке шарик не падает на пол, удерживаемый в воздухе благодаря вращению, космический лифт будет удерживать от падения центробежная сила вращающейся Земли.
Идея о том, что ракеты — это, возможно, не единственный способ проникнуть в космос, оказалась радикальной и захватывающей. Но сразу же обнаружилось и препятствие. Нагрузка на тросы космического лифта может достигнуть 100 ГПа, что намного превосходит прочность стали, которая составляет 2 ГПа. Стальные кабели лопнули бы, и космический лифт кувыркаясь полетел бы на землю.
Концепция космического лифта была положена на полку почти на столетие. Иногда о таких устройствах вспоминали писатели-фантасты — к примеру, Артур Кларк в романе «Фонтаны рая». При этом на вопрос о том, когда космический лифт может быть сооружен, Кларк ответил: «Вероятно, лет через 50 после того, как все перестанут смеяться»
[43].
Теперь уже никто не смеется над этой идеей. Внезапно космический лифт перестал казаться неосуществимой выдумкой. В 1999 г. проведенное НАСА предварительное исследование показало, что лифт с тросом диаметром чуть менее 1 м и длиной около 45 000 км мог бы доставлять на орбиту до 15 т полезной нагрузки. В 2013 г. Международная академия астронавтики выпустила 350-страничный доклад, в котором говорилось, что при достаточном финансировании и активных исследованиях космический лифт, способный доставить на орбиту по 20 т груза, может быть построен к 2035 г. Стоимость строительства обычно оценивают в диапазоне $10–50 млрд — крохи по сравнению со $150 млрд, потраченными на Международную космическую станцию. При этом космический лифт может снизить стоимость доставки грузов в космос в 20 раз.
Задача строительства космического лифта из области фундаментальной физики перешла уже в область инженерного дела. Проводятся расчеты, чтобы определить, можно ли изготавливать тросы космического лифта из чистых углеродных нанотрубок, которые обладают достаточной прочностью и выдержат все нагрузки. И сумеем ли мы изготовить достаточное количество этих трубок, чтобы протянуть их на тысячи километров в космос? Ответ ясен: в настоящее время — нет. Пока чрезвычайно трудно получить нанотрубки из чистого углерода длиннее сантиметра. Возможно, вы слышали сообщения о том, что изготовлены многометровые нанотрубки, но на самом деле речь идет о композитных материалах. Это короткие нити углеродных нанотрубок, спрессованные в длинное волокно, не обладающее, однако, чудесными свойствами чистых углеродных нанотрубок.
Чтобы подстегнуть интерес к таким проектам, как космический лифт, НАСА финансирует программу Centennial Challenges, в рамках которой проводятся конкурсы и выдаются призы энтузиастам, разрабатывающим космические технологии. Как представитель телеканала я вел конкурс, в котором участники предлагали свои компоненты для прототипа мини-лифта. Я видел, как при помощи лазерных лучей они гнали небольшую капсулу вверх по длинному тросу. Это молодые люди, убежденные в том, что космический лифт распахнет двери небес для всех желающих, новый класс предпринимателей-инженеров, которые жаждут строить будущее.
Космический лифт произвел бы настоящую революцию в наших отношениях с космосом. Пространство, открытое только для астронавтов и военных пилотов, могло бы стать игровой площадкой для детей и целых семей. Лифт предложил бы нам эффективный подход к космическим путешествиям и космическим носителям нового типа, включая звездолеты, способные летать почти со скоростью света.
Если смотреть на вещи реалистически, космический лифт с учетом стоящих перед нами громадных инженерных проблем вряд ли удастся построить до конца этого столетия.
Разумеется, присущие нам как виду любопытство и амбиции со временем заставят нас когда-нибудь пойти дальше термоядерных двигателей и двигателей на антивеществе и принять важнейший вызов. Не исключено, что однажды мы сумеем преодолеть абсолютный предел скорости во Вселенной — скорость света.
Варп-двигатель
Как-то раз один мальчик прочел детскую книжку — и изменил мировую историю. Шел 1895 г., и крупные города только начинали покрываться сетью электрических проводов. Чтобы разобраться в этом странном новом явлении, мальчик принялся за «Популярные книги по естественным наукам» Аарона Бернштейна. В них автор просил читателей представить, что они несутся вместе с электрическим током по телеграфным проводам. Мальчик задумался: а что, если заменить электрический ток лучом света? Можно ли обогнать свет? Он рассудил, что, поскольку свет — это волна, световой луч должен выглядеть неподвижным, будто застывшим во времени. Однако он быстро сообразил, что никто никогда не видел неподвижной световой волны. Следующие десять лет он потратил на поиски разгадки.
