Подорожі на ракеті з вічним двигуном або підйом космічним ліфтом стали реаліями осяжного майбутнього.

На планеті Земля практично не залишилося недосліджених місць, адже людство проникло у найглибші океанські западини і здійнялося на найвищі вершини. Різноманітні технічні засоби дозволяють розгледіти найдрібніших живих створінь і, як вдень, спостерігати за нічним життям. Однак, потяг до нового, що штовхав свого часу Колумба і Васко да Гаму, не дає спокою й нашим сучасникам, які нестримно прагнуть дізнатися більше про єдиний поки що не пізнаний простір – космічний, пише Укрінформ.Image Credit: SSV, MIPL, Magellan Team, NASA

ДОСЛІДЖЕННЯ КОСМОСУ

Незважаючи на те, що інтерес до зірок існував у людства на всіх, навіть найдревніших етапах розвитку, технічному прогресу знадобилися тисячі років, аби врешті наблизити людину до космосу (наскільки взагалі до нескінченного космосу можливо наблизитися). Від перших телескопів Галілео Галілея до навколоземного "Габбла" – людина все уважніше вдивлялася у незвідане небо. Зі стартом спершу некерованих, а потім – пілотованих космічних місій, ми дізнавалися про Всесвіт усе більше. 48 років тому "маленький крок для людини, але величезний стрибок для людства" став тріумфом людського генію та винахідливості, побічно підтвердивши потенційно необмежені можливості техніки. Однак, подальший прогрес дослідження космосу наштовхнувся на суттєву перешкоду, яку не зміг повністю подолати досі – дистанцію. Якщо відстань від Землі до Місяця становить 384 400 км, то вже до найближчої від нас планети – Венери – доведеться летіти 40 млн км. Нинішнім космічним апаратам знадобиться на це щонайменше чотири місяці. 120 днів у один бік і стільки само – в інший. Надто довга автономна подорож для людини. Однак, прогрес не стоїть на місці, й уже в осяжному майбутньому цей політ може скоротитися щонайменше у чотири рази.

EMDRIVE. Фото: COURTESY AIAA

EMDRIVE

У 2001 році британський інженер Роджер Шойєр оприлюднив деталі революційного двигуна, теоретично спроможного не лише у кілька разів збільшити швидкість пересування космічним простором, а й робити це без використання рідкого або твердого пального. Ідея Шойєра, названа EmDrive, грунтувалася на використанні електромагнітних хвиль, коливання яких у замкнутому резонаторі спеціальної форми створювало тягу. У своїй роботі установка використовувала лише невелику кількість електричної енергії, яку можна було отримувати із сонячних батарей. Таким чином, обладнаний подібним двигуном літальний апарат міг досягати нечуваних раніше швидкостей, скоротивши подорож за маршрутом Земля–Венера до 40 днів, і при цьому рухатися власним ходом дуже довго – доки сягало світло. Однак, апарат мав один важливий нюанс: він порушував закони фізики, зокрема третій закон Ньютона, який стверджував, що на кожну силу є рівнозначна протидія. Через це у наукових колах швидко забули про пропозицію Шойєра, нарекли її нездійсненною і поклали папку з кресленнями у дальню шухляду.

Не діставали її звідти до 2010 року, коли в китайському північно-західному політехнічному університеті створили робочий прототип двигуна Шойєра. Хоча рівень тяги, створеної апаратом, був досить низьким відносно його маси, все ж показники були захмарними. На цій хвилі знову ожила дискусія про експериментальний двигун, а його розробник показав світові другий теоретичний прототип, ще ефективніший за попередній. Щоправда, його пояснення принципу дії викликали лише сміх у відомих академіків, тож жодна стаття Шойєра на цю тему не була опублікована у рецензованому професійному виданні. Тим часом, глобальний інтерес до апарату знову пішов на спад, тим паче через кілька років китайські вчені заявили, що знайшли помилку в своєму попередньому дослідженні й знизили реальні показники тяги до рівня похибки. Хоча подекуди відбувалися різноманітні експерименти, тема "вічного двигуна Шойєра" затихла аж до 2014 року, коли дослідники однієї з лабораторій НАСА підтвердили "вірогідність" теорії Шойєра. Щоправда, дослідження проводилося на дуже малій потужності, тому, як визнали самі дослідники, "це – невеликий проект, що поки не дав практичних наслідків".

Все ж академічні кола досі дуже скептично ставляться до майбутнього цієї технології, наголошуючи, що вона порушує принципи влаштування світу, адже в процесі нібито створення тяги не продукує контрсилу. Однак, і без "двигуна Шойєра" інженерна думка створила кілька інших пристосувань, що дозволяють здешевити і пришвидшити космічні подорожі.

ЛАЗЕРНА ЕНЕРГІЯ

Найбільшим обмеженням сучасних ракетних двигунів є величезні витрати пального. Для набору необхідної для виходу за межі атмосфери швидкості літальному апарату потрібно спалити сотні тонн палива. Окрім суттєвого здорожчання, це ще й значно збільшує масу ракети, адже пальне згорає поступово. З огляду на це, інженери вже багато років працюють над розробкою механізмів зовнішньої доставки енергії. Одним із найбільш доконаних нині є променева форма живлення, що використовує направлений промінь енергії, сфокусований на апараті. Для цієї мети може слугувати лазер або мікрохвилі. Розміщення потужної генерувальної станції на поверхні Землі позбавляє необхідності встановлення важких елементів живлення на самому літальному пристрої. Численні концептуальні системи вже кілька років проходять випробування, однак жодної дійсно робочої променевої установки космічного живлення поки не створено, хоча сучасний рівень технологій вже нібито досяг необхідного для цього рівня.

Фото: NASA/Bill Ingalls

ЯДЕРНЕ ПАЛИВО

Іншим способом збільшення дальності та потужності космічних апаратів є обладнання їх ядерними силовими установками. Хоча цей варіант не надто зменшує масу ракети, він значно збільшує дальність її автономного ходу, адже реакція розщеплення ядра атома вивільняє велетенську кількість енергії при відносно малих затратах пального. Перші спроби застосувати у космонавтиці щойно винайдену атомну енергію були зроблені ще у 50-х роках минулого століття. У час космічних перегонів США та СРСР однаково наполегливо працювали над цією технологією, однак Штати виявилися спритнішими, і вже в 60-х роках створили робочий прототип. Однак, на наше щастя, величезна небезпека потенційної ядерної катастрофи у атмосфері була виявлена на відносно ранніх етапах, і роботи над проектом припинили. Коли у 1965 році США провели реалістичне випробування обладнаного ядерним реактором космічного апарата, то виявили, що його аварія у космосі або атмосфері Землі спровокує радіоактивне забруднення величезних територій, масштаб якого залежатиме винятково від непідвладної нам погоди.

ЛІФТ У КОСМОС І СОНЯЧНЕ ВІТРИЛО

Ідею створення стаціонарного підйомника у космос вперше висловив у далекому 1895 році легендарний Костянтин Ціолковський. Зрозуміло, що тогочасні технології не давали змоги втілити цю ідею у життя, однак винайдення вуглеволокна і запуск МКС змінили це. Вже розроблені детальні плани фізичного сполучення літального апарата на навколоземній орбіті із станцією на поверхні Землі. Створення космічного ліфта потенційно дасть змогу зекономити величезні кошти на доставці вантажів на орбіту. Деякі проекти навіть пропонують використовувати натягнутий довжелезний трос для запуску літальних апаратів, адже це дозволяє використовувати природні сили Землі для прискорення. Незважаючи на нібито нереалістичність цієї ідеї, японська будівельна компанія "Обаяші" вже оголосила про свої плани до 2050 року створити космічний ліфт.

Ще більш перспективною виглядає система так званого "сонячного вітрила". Це пристрій, що використовує тиск сонячного світла на дзеркальну поверхню для приведення у рух космічного апарата. На відміну від перелічених раніше технологій, сонячне вітрило вже знайшло практичне застосування у дослідженні космосу, хоч і дуже обмежене. Перевагою сонячного вітрильника є повна відсутність палива на борту. Натомість, недоліком – той факт, що за межами Сонячної системи тиск сонячного світла наближається до нуля, і тому розгін сонячного вітрильника стає проблематичним. Як варіант, розглядається проект розгону сонячного вітрильника лазерними установками з якого-небудь астероїда. І хоч це схоже більше на фантастику, нині це один із найреалістичніших варіантів зорельота.



СВОБОДА МРІЙНИКА

Тим часом, затятий Роджер Шойєр не сидить без діла. Незважаючи на всебічну критику, він заснував власну компанію та продовжує працювати над високоефективним вічним двигуном, дизайн якого вже запатентував. Минулого місяця він представив третє покоління силової установки EmDrive, яка дає змогу не лише відправляти надскладні та дорогі пристрої у космос, а й підняти у повітря невеликий персональний літако-автомобіль із вертикальним злетом та посадкою.

Хоча цьому проекту бракує справних прототипів, він наочно демонструє не лише можливість пристосування "космічних" технологій до побутових потреб, а й силу індивідуальної думки. Без мільярдних ресурсів та великої професійної команди Шойєру, можливо, вдалося кардинально змінити уявлення про світ, відкривши нові закони фізики. Говорячи про його, на перший погляд, нездійсненний проект, варто зазначити, що такі звичні сучасному землянинові технології, як телебачення, авіатранспорт, пересадка внутрішніх органів і навіть централізоване опалення, – свого часу наражалися на гучну критику. Світ не стоїть на місці, а нестримно несеться уперед за допомогою інженерної думки та технічного прогресу. Тому ні в кого не викликає сумнівів сам факт відправки людини на освоєння інших планет вже в осяжному майбутньому. А от, яка саме технологія дозволить це зробити: мікрохвильова, фотонна, плазмова, ядерна, магнетична чи яка-небудь інша, – це предмет дискусії, яка вже зовсім скоро дасть свої практичні наслідки.

Максим Наливайко, Оттава