Валерий Родиков - К звездам под радиопарусом
Подгоняемый радиофотонами помчится в космосе парус. За одну неделю он разгонится до одной пятой скорости света. Такое стремительное ускорение сообщит ему радиолуч: в 155 раз превышающее ускорение свободного падения. Через неделю работы мазер выключится.
За 17 лет аппарат преодолеет три четверти расстояния до проксимы Центавра. Тогда центр управления полетом включит мазер и направит радиолуч на парус. Радиоволны достигнут аппарата примерно через четыре года, и хотя за столь долгое путешествие луч порастеряет свою энергию, ее все-таки будет достаточно, чтобы переключить все 10 триллионов микросхем в режим фотоприемников. Парус превратится в огромный искусственный "глаз", который сможет наблюдать неведомый мир ближайшей к нам звезды.
На скорости 60 тысяч километров в секунду "Старуисп" промчится мимо проксимы Центавра всего лишь за 40 часов. За это время он пройдет около 9 миллиардов километров - расстояние, равное диаметру орбиты Нептуна. Каждую секунду в этом сорокачасовом сеансе будет фиксироваться 25 изображений с высокой разрешающей способностью. С такой же скоростью происходит передача изображений в телевидении.
Затем по командам синхронизирующих сигналов, содержащихся в радиолуче, парус станет работать как антенна, которая направит радиоволны с закодированными в них изображениями на Землю.
Через четыре года после пролета соседней звезды парус будет находиться от нее на расстоянии почти в один световой год. А сигналы от "Старуиспа" только-только достигнут Земли, где ЭВМ превратят импульсы в изображения мира проксимы Центавра. Это произойдет четверть века спустя после запуска радиопаруса.
Если у нашей звездной соседки "Старуисп" обнаружит интересные объекты, то следующим шагом может стать посылка более тяжелой межзвездной автоматической станции, начиненной исследовательской аппаратурой и оснащенной совершенной оптической системой. Для этой цели был предложен аппарат, названный "Старлайтом". Он тоже с парусом, но приводится в движение лучом лазера. Парус его диаметром 3,6 километра предполагается изготовить из алюминиевой пленки толщиной всего 16 миллиардных долей метра. Масса паруса вместе с космическим аппаратом - около тонны. Поддувать парус будет лазер мощностью 65 гигаватт.
Его поместят либо на околоземную орбиту, либо на орбиту поближе к Солнцу. Там энергии побольше, и для "накачки" лазера можно будет использовать непосредственно солнечный свет. Как и радиолуч, лазерный пучок будет фокусироваться на парусе линзой Френеля, помещенной между орбитами Сатурна и Урана.
Диаметр линзы - тысяча километров. Лазер сообщит "Старлайту" ускорение 0,04 g. После трех лет непрерывного лазерного поддува межзвездная станция приобретет скорость, равную 11 процентам от скорости света, и удалится от Солнца на 0,17 световых года. В этот момент диаметр ускоряющего луча разойдется до 3,8 километра, то есть станет больше паруса, и лазер выклю чится.
Через сорок лет станция достигнет окрестностей ироксимы Центавра и начнет исследования. Как мы видим, "Старлайту" потребуется в два раза больше времени, чем его "радиопарусному" собрату, хотя мощность лазера в три раза превышает мощность мазера. Но ведь и несоразмеримо различие в массах самих аппаратов - 20 граммов и одна тонна.
Для полета человека к более далеким звездам, например, эпсилон Эридана, находящейся на расстоянии 10,8 световых лет, предлагается проект еще более тяжелого парусного космического корабля, названного "Суперстарлайтом". Масса его - 75,8 тысячи тонн, а размеры паруса и фокусирующей луч лазера линзы Френеля- 1000 километров.
Звезда эпсилон Эридана - ближайшая к нам звезда "солнечного" типа и первый звездный маршрут с человеком на борту, вероятно, будет проложен именно к ней. Чтобы экипаж мог долететь до звезды и вернуться обратно в течение человеческой жизни, корабль должен лететь почти со световой скоростью.
Группа лазеров, испускающих луч мощностью 43 тысячи тераватт (тераватт - миллиард киловатт) за 1,6 года разгонит корабль до крейсерской скорости 150 тысяч километров в секунду - половину скорости света. Чтобы обеспечить постоянное ускорение, мощность лазеров в конце этапа набора крейсерской скорости должна увеличиться чуть ли не вдвое, до 75 тысяч тераватт.
Что и говорить, дешево до звезд человеку добраться не удастся.
На такой скорости начнут сказываться релятивистские эффекты: масса корабля увеличится на 13 процентов, а для звездолетчиков время потечет медленнее.
Примерно за 10,4 года до подлета к звезде лазеры вновь будут включены. Но теперь энергия светового луча пойдет на торможение. Чтобы остановиться у звезды и прилететь обратно, парус должен быть особым - из трех концентрических сегментов. Внешнее кольцо диаметром 1000 километров предназначено для торможения, промежуточное - диаметром 320 километров и внутреннее - диаметром 100 километров - для возвращения экипажа.
На внутреннем парусе находится и модуль экипажа.
Когда космический парусник подойдет к звезде на расстояние 0,4 световых года, от него отделится внешнее тормозное кольцо и, обгоняя корабль, устремится вперед. Оставшаяся часть паруса повернется так, чтобы его отражающая поверхность была обращена к отделившемуся тормозному парусу. Лазерный луч, отразившись от паруса торможения, ударяет в парус корабля. Звездолетчикам будет казаться, что это с эпсилон Эридана бьет световой поток. Тормозиться корабль до полной остановки будет столько же времени, сколько он разгонялся- 1,6 года. По земному времени полет займет 23,3 года, а по бортовому времени звездолета - 20,5 года.
Научные исследования нового для землян мира займут несколько лет. А когда придет время лететь домой, парус вновь уменьшится в размере. От него отделится промежуточная ступень диаметром 320 километров. Она будет сориентирована так, чтобы ее отражающая поверхность была повернута к Солнечной системе.
Третий "выстрел" лазера длительностью 1,6 года, отправленный землянами 10,8 лет ранее, теперь достигнет окрестностей эпсилон Эридана и направленный промежуточной ступенью наполнит попутным лазерным ветром стокилометровый парус возвращения.
"Суперстарлайт" двинется в обратный путь.
Через 20 лет звездолет приблизится к Солнечной системе со скоростью, равной половине скорости света. Его остановит последняя вспышка лазера. Все путешествие продлится примерно 51 год, а по звездолетному исчислению - 46 лет.
Один из авторов проекта Р. Форвард так оценивает его возможности: "Межзвездное путешествие под "световым парусом", ускоряемым лазером, пока еще невозможно. Но оно не противоречит никаким физическим законам и может быть осуществлено. Развитие технологии получения тонких пленок, генерации и передачи энергии с помощью лазеров дает такую уверенность. И этот метод имеет определенные преимущества перед другими планами межзвездных путешествий. "Двигатель" остается "дома", в Солнечной системе, где его относительно легко содержать в рабочем состоянии, ремонтировать или совершенствовать в случае необходимости.
Конечно, имеются огромные технические проблемы. Строительство гигантских легких конструкций, разработка систем наведения и сопровождения, использование кольцевого "светового паруса" в качестве фокусирующей линзы и, конечно, создание мазеров и лазеров, которые могут генерировать энергию на уровне нескольких гигаватт и тераватт в течение месяцев и даже лет,- все это очень сложные задачи.
Тем не менее "световой парус", направляемый лазером,- это, как представляется, то средство, которое однажды сможет доставить нас к звездам и обратно в течение человеческой жизни.
Когда-нибудь мы на самом деле сможем взлететь по звездной трассе на "крыльях света".
А вот "парусный проект" еще более отдаленного будущего.
С его помощью можно осуществить дерзновенную мечту К. Э. Циолковского выход человечества за пределы Солнечной системы. По мысли Циолковского, для такого путешествия надо превратить в космический корабль большую естественную или искусственную планету. Правда, такая поездка, как мы знаем, займет десятки тысяч лет. "Для жизни одного человека,- писал ученый,- этот период времени, конечно, велик, но для целого человечества, так же как и для световой жизни нашего Солнца, он ничтожен. В течение десятков тысяч лет путешествия к другому светилу людской род, летя в искусственной обстановке, будет жить запасами потенциальной энергии, заимствованной от нашего Солнца".
Энергию и двигатель для такого путешествия предложили члены кружка "Космическое проектирование" Московского Дворца пионеров и школьников. Солнечная система накрывается огромной полусферой-экраном. Экран и Солнце образуют подобие фотонного двигателя. Солнечные лучи создают тягу, разгоняющую экран и Солнце, которые увлекают за собой планеты Солнечной системы. Экран на постоянном расстоянии от Солнца удерживают противоположно действующие силы гравитации и солнечного давления. Чтобы с помощью такого экрана привести в движение Солнечную систему, его масса должна быть примерно в десять тысяч раз меньше земной.
