21 июля 2011 года американский космический корабль Atlantis совершил свою последнюю посадку, поставившую точку в длительной и интереснейшей программе Space Transportation System. По целому ряду причин технического и экономического характера было решено прекратить эксплуатацию системы Space Shuttle. Тем не менее, от идеи многоразового космического корабля не отказались. В настоящее время разрабатывается сразу несколько подобных проектов, и некоторые из них уже успели показать свой потенциал.

Проект многоразового космического корабля «Спейс Шаттл» преследовал несколько основных целей. Одной из главных было сокращение стоимости полета и подготовки к нему. Возможность многократного применения одного и того же корабля в теории давала известные преимущества. Кроме того, характерный технический облик всего комплекса позволил заметным образом увеличить допустимые габариты и массу полезной нагрузки. Уникальной особенностью STS была возможность возвращения космических аппаратов на Землю внутри своего грузоотсека.

Тем не менее, в ходе эксплуатации было установлено, что удалось выполнить далеко не все поставленные задачи. Так, на практике подготовка корабля к полету оказалась слишком долгой и дорогой – по этим параметрам проект не укладывался в изначальные требования. В ряде случаев многоразовый корабль принципиально не мог заменить «обычные» ракеты-носители. Наконец, постепенное моральное и физическое устаревание техники приводило к самым серьезным рискам для экипажей.

В итоге было принято решение о прекращении эксплуатации комплекса Space Transportation System. Последний 135-й полет состоялся летом 2011 года. Четыре имевшихся корабля списали и передали музеям за ненадобностью. Самым известным последствием таких решений стал тот факт, что американская космическая программа на несколько лет осталась без собственного пилотируемого корабля. До сих пор астронавтам приходится попадать на орбиту при помощи российской техники.

Кроме того, на неопределенный срок вся планета осталась без используемых многоразовых систем. Впрочем, уже принимаются определенные меры. К настоящему времени американские предприятия разработали сразу несколько проектов многоразовых космических кораблей того или иного рода. Все новые образцы уже, как минимум, выведены на испытания. В обозримом будущем они также смогут поступить в полноценную эксплуатацию.

Boeing X-37

Основной компонент комплекса STS представлял собой орбитальный самолет. Эта концепция в настоящее время находит применение в проекте X-37 компании Boeing. Еще в конце девяностых годов «Боинг» и NASA начали изучать тематику многоразовых кораблей, способных находиться на орбите и летать в атмосфере. В начале прошлого десятилетия эти работы привели к старту проекта X-37. В 2006 году опытный образец нового типа дошел до летных испытаний со сбросом с самолета-носителя.

Аппарат Boeing X-37B в обтекателе ракеты-носителя. Фото US Air Force

Программа заинтересовала военно-воздушные силы США, и с 2006 года реализуется уже в их интересах, хотя и при определенном содействии со стороны NASA. По официальным данным, ВВС желают получить перспективный орбитальный самолет, способный выводить в космос различные грузы или выполнять разнообразные эксперименты. По разным оценкам, нынешний проект X-37B может использоваться и в иных миссиях, в том числе связанных с ведением разведки или выполнением полноценной боевой работы.

Первый космический полет аппарата X-37B состоялся в 2010 году. В конце апреля ракета-носитель Atlas V вывела аппарат на заданную орбиту, где он пробыл 224 дня. Посадка «по-самолетному» состоялась в начале декабря того же года. В марте следующего года начался второй полет, продолжавшийся до июня 2012-го. В декабре состоялся очередной запуск, а третья посадка была проведена только в октябре 2014 года. С мая 2015-го по май 2017-го опытный X-37B осуществлял свой четвертый полет. 7 сентября прошлого года начался очередной испытательный полет. Когда он завершится – не уточняется.

Согласно немногочисленным официальным данным, целью полетов является изучение работы новой техники на орбите, а также проведение различных экспериментов. Даже если опытные X-37B и решают задачи военного характера, заказчик и исполнитель не раскрывают подобную информацию.

В существующем виде изделие Boeing X-37B представляет собой самолет-ракетоплан характерного облика. Он отличается крупным фюзеляжем и плоскостями средней площади. Используется ракетный двигатель; управление осуществляется автоматикой или по командам с земли. По известным данным, в фюзеляже предусмотрен грузовой отсек длиной более 2 м и диаметром свыше 1 м, в котором можно разместить до 900 кг полезной нагрузки.

Прямо сейчас опытный X-37B находится на орбите и решает поставленные задачи. Когда он вернется на Землю – неизвестно. Сведения о дальнейшем ходе пока экспериментального проекта тоже не уточняются. По-видимому, новые сообщения об интереснейшей разработке появятся не ранее очередной посадки опытного образца.

SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser

Еще одной версией орбитального самолета является корабль Dream Chaser от компании SpaceDev. Этот проект разрабатывался с 2004 года для участия в программе NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), однако не смог пройти первый этап отбора. Тем не менее, компания-разработчик вскоре договорилась о сотрудничестве с фирмой United Launch Alliance, которая была готова предложить свою ракету-носитель Atlas V. В 2008 году SpaceDev вошла в состав корпорации Sierra Nevada, и вскоре после этого получила дополнительное финансирование для создания своего орбитального самолета. Позже появилось соглашение с Lockheed Martin о совместном строительстве опытной техники.

Опытный орбитальный самолет Dream Chaser. Фото NASA

В октябре 2013 года летный прототип аппарата Dream Chaser был сброшен с вертолета-носителя, после чего перешел в планирующий полет и выполнил горизонтальную посадку. Несмотря на поломку при посадке, прототип подтвердил расчетные характеристики. В дальнейшем были выполнены некоторые другие проверки на стендах. По их результатам проект был доработан, а в 2016 году стартовало строительство опытного образца для космических полетов. В середине прошлого года NASA, Sierra Nevada и ULA подписали соглашение о проведении двух орбитальных полетов в 2020-21 годах.

Не так давно разработчики аппарата Dream Chaser получили разрешение на проведение запуска в конце 2020 года. В отличие от ряда других современных разработок, первая космическая миссия этого корабля будет осуществляться с реальной нагрузкой. Корабль должен будет доставить на Международную космическую станцию определенные грузы.

В существующем виде многоразовый космический корабль Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser представляет собой самолет характерного облика, внешне напоминающий некоторые американские и зарубежные разработки. Машина имеет общую длину 9 м и оснащена треугольным крылом размахом 7 м. Для совместимости с существующими ракетами-носителями в будущем будет разработано складное крыло. Взлетная масса определена на уровне 11,34 т. Dream Chaser сможет доставлять на МКС 5,5 т груза и возвращать на Землю до 2 т. Спуск с орбиты «по-самолетному» связан с меньшими перегрузками, что, как ожидается, может быть полезным для доставки некоторого оборудования и образцов в рамках отдельных экспериментов.

SpaceX Dragon

По ряду причин, идея орбитального самолета в настоящее время не пользуется особой популярностью среди разработчиков новой космической техники. Более удобным и выгодным сейчас считается многоразовый корабль «традиционного» облика, выводимый на орбиту при помощи ракеты-носителя и возвращающийся на Землю без использования крыльев. Наиболее успешной разработкой такого рода является изделие Dragon от компании SpaceX.

Грузовой корабль SpaceX Dragon (миссия CRS-1) вблизи МКС. Фото NASA

Работы по проекту Dragon стартовали в 2006 году и выполнялись в рамках программы COTS. Целью проекта являлось создание космического корабля с возможностью неоднократных запусков и возвращений. Первый вариант проекта предполагал создание транспортного корабля, а в дальнейшем на его базе планировалось разработать пилотируемую модификацию. К настоящему времени Dragon в версии «грузовика» показал определенные результаты, тогда как ожидаемый успех пилотируемой версии корабля постоянно сдвигается по срокам.

Первый демонстрационный запуск транспортного корабля Dragon состоялся в конце 2010 года. После всех требуемых доработок NASA заказало полноценный запуск такого аппарата с целью доставки грузов на Международную космическую станцию. 25 мая 2012 года «Дракон» успешно пристыковался к МКС. В дальнейшем было проведено несколько новых запусков с доставкой грузов на орбиту. Важнейшим этапом программы стал пуск 3 июня 2017 года. Впервые в программы состоялся повторный запуск отремонтированного корабля. В декабре в космос отправился еще один аппарат, уже летавший к МКС. С учетом всех испытаний к настоящему времени изделия Dragon совершили 15 полетов.

В 2014 году компания SpaceX анонсировала перспективный пилотируемый корабль Dragon V2. Утверждалось, что этот аппарат, представляющий собой развитие существующего грузовика, сможет доставлять на орбиту или возвращать домой до семи космонавтов. Также сообщалось, что в будущем новый корабль сможет использоваться для облета Луны, в том числе с туристами на борту.

Как нередко случается с проектами компании SpaceX, сроки реализации проекта Dragon V2 несколько раз смещались. Так, из-за задержек с предполагаемым носителем Falcon Heavy дата первых испытаний переместилась на 2018 год, а первый пилотируемый полет постепенно «уполз» на 2019-й. Наконец, несколько недель назад компания-разработчик объявила о намерении отказаться от сертификации нового «Дракона» для пилотируемых полетов. В будущем такие задачи предполагается решать при помощи многоразовой системы BFR, которая еще не создана.

Транспортный корабль Dragon имеет полную длину 7,2 м при диаметре 3,66 м. Сухая масса – 4,2 т. Он способен доставлять к МКС полезную нагрузку весом 3,3 т и возвращать до 2,5 т груза. Для размещения тех или иных грузов предлагается использовать герметичный отсек объемом 11 куб.м и негерметичный 14-кубовый объем. Отсек без герметизации при спуске сбрасывается и сгорает в атмосфере, тогда как второй грузовой объем возвращается на Землю и осуществляет посадку на парашюте. Для коррекции орбиты аппарат оснащается 18 двигателями типа Draco. Работоспособность систем обеспечивается парой солнечных батарей.

При разработке пилотируемой версии «Дракона» были использованы определенные агрегаты базового транспортного корабля. При этом герметичный отсек пришлось заметным образом переработать для решения новых задач. Также изменились некоторые иные элементы корабля.

Lockheed Martin Orion

В 2006 году NASA и компания Lockheed Martin договорились о создании перспективного космического корабля, пригодного для многократного использования. Проект назвали в честь одного из самых ярких созвездий – Orion. На рубеже десятилетий, уже после завершения части работ, руководство Соединенных Штатов предложило отказаться от этого проекта, но после долгих споров его удалось спасти. Работы были продолжены и к настоящему времени привели к определенным результатам.

Перспективный корабль Orion в представлении художника. Рисунок NASA

В соответствии с исходной концепцией, корабль «Орион» должен был использоваться в разных миссиях. С его помощью предполагалось доставлять грузы и людей на Международную космическую станцию. Получив соответствующее оборудование, он мог бы отправиться к Луне. Также прорабатывалась возможность осуществления полета к одному из астероидов или даже к Марсу. Тем не менее, решение таких задач относили к отдаленному будущему.

Согласно планам прошлого десятилетия, первый испытательный запуск корабля Orion должен был состояться в 2013 году. На 2014-й планировали старт с астронавтами на борту. Полет к Луне можно было осуществить до конца десятилетия. Впоследствии график был скорректирован. Первый беспилотный полет перенесли на 2014 год, а запуск с экипажем – на 2017-й. Лунные миссии перенесли на двадцатые годы. К настоящему времени на следующее десятилетие были перенесены и полеты с экипажем.

5 декабря 2014 года состоялся первый испытательный запуск «Ориона». Корабль с имитатором полезной нагрузки был выведен на орбиту ракетой-носителем Delta IV. Через несколько часов после старта он вернулся на Землю и приводнился в заданном районе. Новые запуски пока не проводились. Впрочем, специалисты «Локхид-Мартин» и НАСА не сидели без дела. За несколько последних лет был построен ряд опытных образцов для проведения тех или иных испытаний в земных условиях.

Всего несколько недель назад началось строительство первого корабля Orion для пилотируемого полета. Его запуск запланирован на следующий год. Задача вывода корабля на орбиту будет возложена на перспективную ракету-носитель Space Launch System. Завершение текущих работ покажет реальные перспективы всего проекта.

Проект Orion предусматривает строительство корабля длиной порядка 5 м и диаметром около 3,3 м. Характерной чертой этого аппарата является большой внутренний объем. Несмотря на установку необходимой аппаратуры и приборов, внутри герметичного отсека остается чуть менее 9 куб.м свободного пространства, пригодного для установки тех или иных устройств, в том числе кресел экипажа. Корабль сможет брать на борт до шести астронавтов или определенный груз. Полная масса корабля определена на уровне 25,85 т.

Суборбитальные системы

В настоящее время реализуется несколько любопытных программ, не предусматривающих выведение полезной нагрузки на орбиту Земли. Перспективные образцы техники от ряда американских компаний смогут осуществлять только суборбитальные полеты. Такую технику предполагается использовать для проведения некоторых исследований или в ходе развития космического туризма. Новые проекты такого рода не рассматриваются в контексте развития полноценной космической программы, но все же представляют определенный интерес.

Суборбитальный аппарат SpaceShipTwo под крылом самолета-носителя White Knight Two. Фото Virgin Galactic / virgingalactic.com

Проекты SpaceShipOne и SpaceShipTwo от компаний Scale Composites и Virgin Galactic предлагают строительство комплекса в составе самолета-носителя и орбитального самолета. С 2003 года техника двух типов выполнила значительное число испытательных полетов, в ходе которых отрабатывались различные особенности конструкции и методики работы. Ожидается, что корабль типа SpaceShipTwo сможет брать на борт до шести пассажиров-туристов и поднимать их на высоту не менее 100-150 км, т.е. выше нижней границы космического пространства. Взлет и посадка должны осуществляться с «традиционного» аэродрома.

Компания Blue Origin с середины прошлого десятилетия прорабатывает иной вариант суборбитальной космической системы. Она предлагает выполнять подобные полеты при помощи связки ракеты-носителя и корабля по типу используемых в иных программах. При этом и ракета, и корабль должны быть многоразовыми. Комплекс получил название New Shepard. C 2011 года ракеты и корабли нового типа регулярно совершают испытательные полеты. Уже удалось отправить космический аппарат на высоту более 110 км, а также обеспечить безопасное возвращение как корабля, так и ракеты-носителя. В будущем система New Shepard должна будет стать одной из новинок в сфере космического туризма.

Многоразовое будущее

В течение трех десятилетий, с начала восьмидесятых годов прошлого века, основным средством доставки людей и грузов на орбиту в арсенале NASA был комплекс Space Transportation System / Space Shuttle. Ввиду морального и физического устаревания, а также в связи с невозможностью получения всех желаемых результатов эксплуатация «Шаттлов» была прекращена. С 2011 года США не располагает работоспособными многоразовыми кораблями. Более того, пока у них нет и собственного пилотируемого аппарата, вследствие чего астронавтам приходится летать на зарубежной технике.

Несмотря на прекращение эксплуатации комплекса Space Transportation System, американская космонавтика не отказывается от самой идеи многоразовых космических кораблей. Такая техника все еще представляет большой интерес и может использоваться в самых разных миссиях. На данный момент силами NASA и ряда коммерческих организаций разрабатывается сразу несколько перспективных космических кораблей, как орбитальных самолетов, так и систем с капсулами. На данный момент эти проекты находятся на разных стадиях и показывают разные успехи. В самое ближайшее время, не позднее начала двадцатых годов, большинство новых разработок дойдет до стадии испытательных или полноценных полетов, что позволит вновь изучить ситуацию и сделать новые выводы.

По материалам сайтов:
http://nasa.gov/
http://space.com/
http://globalsecurity.org/
https://washingtonpost.com/
http://boeing.com/
http://lockheedmartin.com/
http://spacex.com/
http://virgingalactic.com/
http://spacedev.com/

Ctrl Enter

Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

В ноябре прошлого года во время TVIW (астрономического семинара в Теннесси, посвященного межзвездным перелетам) Роб Суинни – бывший командир эскадрильи Королевских Военно-воздушных сил, инженер и магистр наук, ответственный за проект «Икар» - представил доклад о работе, проделанной над проектом за последнее время. Суинни освежил в памяти публики историю «Икара»: от вдохновения идеями проекта «Дедал», освещенными в докладе BIS (Британское межпланетное общество – старейшая организация, поддерживающая космические исследования) в 1978, до совместного решения БИС и компании энтузиастов Tau Zero возобновить исследования в 2009 году, и до последних известий о проекте, датированных 2014 годом.

Оригинальный проект 78-го года имел простую по формулировке, но сложную в осуществлении цель – ответить на вопрос, поставленный Энрике Ферми: «Если существует разумная жизнь за пределами Земли, и межзвездные перелеты возможны, то почему нет доказательств наличия других инопланетных цивилизаций?». Исследования «Дедала» были направлены на разработку дизайна межзвездного космического корабля с использованием существующих технологий в разумных экстраполяциях. И результаты работы прогремели на весь научный мир: создание такого корабля действительно возможно. Доклад о проекте был подкреплен детальным планом корабля, использующего термоядерный синтез дейтерия-гелия-3 из предварительно заготовленных гранул. «Дедал» затем служил ориентиром для всех последующих разработок в сфере межзвездных перелетов в течение 30 лет.

Однако после такого долгого срока было необходимо пересмотреть идеи и технические решения, принятые в «Дедале», чтобы оценить, насколько они выдержали проверку временем. Кроме того, за этот период совершались новые открытия, изменение конструкции в соответствии с ними улучшило бы общие показатели корабля. Также организаторы хотели заинтересовать подрастающее поколение астрономией и строительством межзвездных космических станций. Новый проект был назван в честь Икара, сына Дедала, что, не смотря на негативный оттенок имени, соответствовало первым словам в отчете 78-го года:

«Мы надеемся, что этот вариант заменит собой будущий дизайн, аналог Икара, в котором найдут отображения последние открытия и технические инновации, чтобы Икар смог достичь еще непокоренных Дедалом высот. Надеемся, благодаря развитию наших идей настанет день, когда человечество буквально прикоснется к звездам».

Итак, «Икар» создан именно как продолжение «Дедала». Показатели старого проекта и по сей день выглядят весьма многообещающе, но все же должны быть доработаны и обновлены:

1) В «Дедале» использовались релятивистские пучки электронов для компрессии гранул топлива, но последующие исследования показали, что этот метод не способен дать необходимый импульс. Вместо него в лабораториях для термоядерного синтеза используют пучки ионов. Тем не менее, такой просчет, стоивший Национальному комплексу термоядерных реакций 20 лет работы и 4 миллиардов долларов, показал сложность обращения с термоядерным синтезом даже в идеальных условиях.

2) Главным препятствием, с которым столкнулся «Дедал» - Гелий-3. Его нет на Земле, и поэтому добывать его нужно из отдаленных от нашей планеты газовых гигантов. Этот процесс слишком дорогостоящий и сложный.

3) Еще одна проблема, которую придется решить «Икару» - брак информации об ядерных реакциях. Именно недостаток сведений дал возможность 30 лет назад сделать весьма оптимистичные расчеты воздействия облучения всего корабля гамма-лучами и нейтронами, без выброса которых не обойтись двигателю на термоядерном синтезе.

4) Тритий был использован в гранулах топлива для зажигания, но тепла от распада его атомов выделялось слишком много. Без должной системы охлаждения зажигание топлива будет сопровождаться зажиганием всего остального.

5) Декомпрессия баков с топливом вследствие опорожнения может стать причиной взрыва в камере сгорания. Для решения этой проблемы в конструкцию бака добавлены утяжелители, уравновешивающие давление в разных частях механизма.

6) Последняя сложность – обслуживание судна. По проекту, корабль оснащен парой роботов, похожих на R2D2, которые при помощи диагностических алгоритмов будут выявлять и устранять возможные повреждения. Такие технологии кажутся очень сложными даже сейчас, в компьютерную эру, что уж говорить о 70-х.

Новая команда дизайнеров уже не ограничена созданием маневренного корабля. Для исследования объектов «Икар» использует зонды, перевозимые на борту судна. Это не только упрощает задачу дизайнеров, но и значительно уменьшает время на изучение звездных систем. Вместо дейтерия-гелия-3, новый космический корабль работает на чистом дейтерий-дейтерие. Не смотря на больший выброс нейтронов, новое топливо не только увеличит КПД двигателей, но и избавит от необходимости добывать ресурсы с поверхности других планет. Дейтерий активно добывается из океанов и используется в АЭС, работающих на тяжелой воде.

Тем не менее, человечеству до сих пор не удалось получить контролируемую реакцию распада с выделением энергии. Затянувшаяся гонка лабораторий всего мира за экзотермическим ядерным синтезом тормозит проектирование корабля. Так что вопрос об оптимальном топливе для межзвездного судна остается открытым. В попытке найти решение в 2013 году был проведен внутренний конкурс среди подразделений БИС. Выиграла команда WWAR Ghost из Мюнхенского университета. Их дизайн основан на термоядерном синтезе при помощи лазера, который обеспечивает быстрое нагревание топлива до необходимой температуры.

Не смотря на оригинальность идеи и некоторых инженерных ходов, конкурсанты не смогли решить главную дилемму – выбор топлива. К тому же корабль-победитель огромен. Он превосходит по размерам «Дедала» в 4-5 раз, а другие методы термоядерного синтеза могут нуждаться в меньшем пространстве.

Соответственно, было принято решение продвигать 2 типа двигателей: основанный на термоядерном синтезе и базирующийся на пинче Беннета (плазменный двигатель). Кроме того, параллельно дейтерий-дейтерию рассматривают и старую версию с тритием-гелием-3. Фактически гелий-3 дает лучшие результаты в любом виде двигателей, так что ученые работают над способами его получения.

В работах всех участников конкурса прослеживается интересная зависимость: некоторые элементы конструкции (зонды для исследования окружающей среды, хранилища топлива, системы вторичного электропитания и прочие) любого корабля остаются неизменными. Однозначно можно утверждать следующее:

1. Корабль будет горячим. Любой способ сжигания любого из представленных видов топлива сопровождается выбросом большого количества тепла. Дейтерий требует наличия массивной системы охлаждения из-за непосредственного выделения тепловой энергии во время реакции. Магнитно-плазменный двигатель будет создавать вихревые токи в окружающих металлах, также нагревая их. На Земле уже существуют радиаторы достаточной мощности, чтобы эффективно охлаждать тела температурой более 1000 C, осталось адаптировать их для нужд и условий звездолета.
2. Судно будет колоссальных размеров. Одной из главных задач, поставленных перед проектом «Икар», было уменьшение габаритов, но со временем стало понятно, что для термоядерных реакций требуется много пространства. Даже варианты дизайна с самой маленькой массой весят десятки тысяч тонн.
3. Корабль будет длинным. «Дедал» был весьма компактен, каждая его часть совмещалась с другой, как матрешка. В «Икаре» попытки минимизировать радиоактивное воздействие на судно привели к его удлинению (это хорошо продемонстрировано в проекте «Светлячок» за авторством Роберта Фриленда).

Роб Суинни сообщил, что к проекту «Икар» присоединилась группа из Университета Дрексела. «Новички» продвигают идею использования PJMIF (системы, основанной на струйной подаче плазмы при помощи магнитов, при этом плазма расслаивается, обеспечивая условия для ядерных реакций). Этот принцип на данный момент самый эффективный. По сути, это симбиоз двух методов ядерных реакций, он вобрал в себя все плюсы инерциального и магнитного термоядерного синтеза, такие как уменьшение массы конструкции, и значительное уменьшение стоимости. Их проект называется «Зевс».

После этой встречи состоялся TVIW, на котором Суинни обозначил предварительную дату завершения проекта «Икар» – август 2015 года. Последний доклад будет включать в себя упоминания о модификациях старых наработок «Дедала» и нововведениях, полностью созданных новой командой. Завершил семинар монолог Роба Суинни, в котором он сказал: «Загадки Вселенной ждут нас где-то там! Время выбираться отсюда!»

Интересно, что новый проект неразрывно связан со своим предшественником. Транспортом для доставки деталей и топлива на малую орбиту Земли во время строительства «Икара» может стать «Циклоп» - космический корабль малого радиуса действия, который разрабатывается под руководством Алана Бонда (одного из инженеров, трудившихся над «Дедалом»).

Однако «Интерстеллар» является просто научной фантастикой, а доктор Уайт, в свою очередь, работает во вполне реальной сфере разработки продвинутых технологий для космических передвижений в лаборатории NASA. Здесь уже нет места научной фантастике. Здесь реальная наука. И если отбросить все проблемы, связанные с урезанным бюджетом аэрокосмического агентства, то следующие слова Уайта выглядят вполне многообещающе:

«Возможно, опыт «Стартрека» в рамках нашего времени не является настолько уж и удаленной возможностью».

Другими словами, доктор Уайт хочет сказать, что он и его коллеги не заняты созданием какого-то гипотетического фильма, или простыми 3D-набросками и идеями, связанными с варп-двигателем. Они не просто считают, что создание варп-двигателя в реальной жизни представляется с теоретической точки зрения возможным. Они на самом деле разрабатывают первый варп-двигатель:

«Работая в лаборатории Eagleworks, в глубоких недрах Космического центра Джонсона, принадлежащего NASA, доктор Уайт и его команда ученых стараются найти лазейки, которые бы позволили воплотить мечту в реальность. Команда уже «создала симуляционный стенд для теста специального интерферометра, за счет которого ученые попытаются сгенерировать и определить микроскопические варп-пузыри. Устройство получило название интерферометр варп-поля Уайта-Джеди».

Сейчас это может показаться незначительным достижением, однако те открытия, которые стоят за этим изобретением, могут оказаться бесконечно полезными в дальнейших исследованиях.

«Несмотря на то, что это лишь небольшое продвижение в этом направлении, оно уже может являться доказательством существования самой возможности варп-двигателя, как в свое время являлся показ Чикагской поленницы (первого искусственного ядерного реактора). В декабре 1942 года была проведена первая в истории демонстрация управляемой самоподдерживающейся цепной ядерной реакции, в результате которой было выработано целых полватта электрической энергии. Вскоре после демонстрации, в ноябре 1943 года, был запущен реактор мощностью уже около четырех мегаватт. Приведение доказательства существования является критическим моментом для научной идеи и может стать отправной точкой в развитии технологий».

Если работа ученых в конечном итоге окажется успешной, то, по мнению доктора Уайта, будет создан двигатель, которой сможет доставить нас до Альфы Центавра «в течение двух недель по меркам земного времени». При этом течение времени на корабле будет таким же, как и на Земле.

«Приливные силы внутри варп-пузыря не будут вызывать проблем у человека, и все путешествие будет восприниматься им так, как если бы он находился в условиях нулевого ускорения. При включении варп-поля никого не притянет с огромной силой к корпусу корабля, нет, в этом бы случае путешествие оказалось бы очень коротким и трагичным».

Человечество осваивает космическое пространство пилотируемыми кораблями уже более полувека. Увы, за это время оно, образно говоря, недалеко уплыло. Если сравнить Вселенную с океаном, мы всего лишь бродим у кромки прибоя по щиколотку в воде. Однажды, правда, решились поплавать немного поглубже (лунная программа "Аполлон"), и с тех пор живем воспоминаниями об этом событии как о высочайшем достижении.

До сих пор космические корабли в основном служат транспортом доставки на и обратно на Землю. Максимальная продолжительность автономного полета, достижимая многоразовым челноком "Спейс Шаттл", составляет всего лишь 30 дней, да и то теоретически. Но, быть может, космические корабли будущего станут гораздо совершеннее и универсальнее?

Уже лунные экспедиции "Аполлонов" наглядно показали, что требования к грядущим космолетам могут разительно отличаться от заданий для "космических такси". Лунная кабина "Аполлона" имела очень мало общего с обтекаемыми кораблями и не была рассчитана на полет в планетной атмосфере. Некоторое представление о том, как будут выглядеть космические корабли будущего, фото американских астронавтов дают более чем наглядно.

Самый серьезный фактор, который сдерживает эпизодическое исследование человеком Солнечной системы, не говоря уже об организации на планетах и их спутниках научных баз, - радиация. Проблемы возникают даже с лунными миссиями, длящимися от силы неделю. А полуторагодовой полет на Марс, который, казалось, вот-вот состоится, отодвигается все дальше и дальше. Исследования автоматами показали смертельно опасный для человека на всей трассе межпланетного перелета. Так что космические корабли будущего неизбежно обзаведутся серьезной противорадиационной защитой в сочетании со специальными медико-биологическими мерами для экипажа.

Понятно, что чем быстрее он доберется до места назначения, тем лучше. Но для быстрого полета нужны мощные двигатели. А для них, в свою очередь, высокоэффективное топливо, которое не занимало бы много места. Поэтому химические маршевые двигатели уже в ближайшем будущем уступят место ядерным. Если же ученым удастся укрощение антивещества, т. е. перевод массы в световое излучение, космические корабли будущего обретут В этом случае речь пойдет уже о достижении релятивистских скоростей и межзвездных экспедициях.

Еще одним серьезным препятствием на пути освоения человеком Вселенной станет длительное обеспечение его жизнедеятельности. Всего лишь за сутки человеческий организм потребляет немало кислорода, воды и пищи, выделяет твердые и жидкие отходы, выдыхает углекислый газ. Брать с собой на борт полный запас кислорода и продуктов бессмысленно из-за их огромного веса. Проблему решает бортовая замкнутая Однако до сих пор все эксперименты на эту тему не увенчались успехом. А без замкнутой СЖО немыслимы годами летящие сквозь пространство космические корабли будущего; картинки художников, конечно, поражают воображение, но не отражают реальное положение дел.

Итак, все проекты космолетов и звездолетов пока еще далеки от реального воплощения. И человечеству придется смириться с изучением Вселенной космонавтами под прикрытием и получением информации от автоматических зондов. Но это, конечно же, временно. Космонавтика не стоит на месте, и косвенные признаки показывают, что в этой сфере деятельности человечества зреет большой прорыв. Так что, возможно, космические корабли будущего будут построены и совершат первые полеты уже в XXI веке.

Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.

EmDrive

Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.

Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.

Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.

Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.

В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.

Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.

Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.

К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.

Солнечный парус

Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.

Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.

Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.

Электрический парус

Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.

Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.

Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.

Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.

Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.

Ионный двигатель

Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.

В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.

Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.

Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.

Плазменный двигатель

Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.

Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.

Термоядерный двигатель

Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.

В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.

Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.

Двигатель на антиматерии

Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.

Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.

Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.

При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.

Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.

Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.

Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.