К звездам под радиопарусом

Энергия кванта тем больше, чем меньше длина волны, или иначе, чем выше частота колебаний. Даже в самой "мощной" части СВЧ диапазона - у субмиллиметровых волн - энергия кванта в сотни-тысячи раз слабее, чем у кванта света. И все-таки радиоволны лучше всего подходят на роль космического ветра для межзвездного парусника.

Дело в том, что для "радиоветра" парус можно сделать "дырявым", из тонкой сетки, а следовательно, очень легким. Для света такой парус был бы негоден. Ему нужно сплошное зеркало.

Интересно, что способность радиоволн непосредственно приводить в движение материальный объект была продемонстрирована еще 20 ноября 1894 года будущим изобретателем радио А. С. Поповым на заседании Русского физико-химического общества. Александр Степанович собственноручно изготовил занимательный прибор. Он взял стеклянный баллон высотою около 15 сантиметров и диаметром около 3 сантиметров. Внутри баллона на особом подвесе, впаянном в его верхнюю часть, была укреплена свободно вращающаяся легкая крестовина, а к ее концам подвешены четыре платиновых листочка. Из баллона был выкачан воздух.

Как только Попов включал находящийся в другом конце комнаты искровой разрядник, служивший источником радиоволн, "карусель" внутри баллона начинала вращаться. Стоило выключить разрядник, и вращение прекращалось. "Карусель" служила исследователю обнаружителем радиоволн, правда, действие его ограничивалось пределами комнаты.

Использовать микроволновое излучение в качестве движущей силы межзвездного корабля предложил американский физик Фримэн Дайсон. Сфера его имени стала традиционным примером астроинженерней деятельности. В 1984 году Роберт Форвард привнес в эту идею достижения компьютерной техники. В результате родился проект межзвездного аппарата "Старуисп". Он мало похож на сегодняшние космические корабли. Это просто парус, имеющий километр в поперечнике, а весящий всего 20 граммов!

Парус соткан из тончайшей проволоки в виде множества шестиугольных ячеек. В 10 триллионах пересечений этих ячеек расположены микроэлектронные схемы (маленькие ЭВМ), которые образуют в целом сверхмощную ЭВМ параллельного действия. Каждая микросхема чувствительна к свету и может работать как крошечная телекамера.

Ввиду своей хрупкости парусник будет монтироваться в космосе, например, за орбитой Марса. А космический ветер для паруса создаст мазер молекулярный или иначе - квантовый генератор СВЧ радиоволн. Мазер работает по тому же принципу, что и лазер, только диапазон излучения другой микроволновый.

Хотя устройство мазера много сложнее, чем лазера, но открыли его раньше. Сейчас кажется даже удивительным, что науке пришлось сделать такой зигзаг на пути к оптическому мазеру - лазеру.

Его и назвали-то по аналогии с мазером, заменив лишь первую букву "м" (начальная буква английского написания слова "микроволновый") на "л" (начальная буква английского написания слова "лайт" - "свет").

Интересно, что через десять лет после того, как заработал лабораторный мазер (а его создали независимо в СССР - группа ученых под руководством Н. Г. Басова и А. М. Прохорова, в США - группа ученых под руководством Ч. Таунса), в галактических туманностях был открыт естественный мазер. Если бы мазер не был бы создан в лаборатории (а это было сделано в 1954 году), то его неизбежно открыли бы позже благодаря радиоастрономическим наблюдениям.

Разместить мазер предполагается на спутнике околоземной орбиты, энергию дадут ему солнечные батареи, находящиеся тут же на орбите. Чтобы радиоволны "толкали" парус, мощность излучения мазера должна составлять 20 гигаватт (миллионов киловатт) . Это несколько меньше мощности пяти Братских ГЭС. Проекты таких солнечных электростанций в космосе уже предложены.

Радиолуч направляется и фокусируется на космическом парусе специальным устройством в виде так называемой линзы Френеля (оптические линзы Френеля применяют в маячковых и сигнальных фонарях). Размер линзы огромен - около 50 тысяч километров (четыре земных диаметра!). Линза состоит из чередующегося набора концентрических колец из проволочной сетки и пустых кольцевых зон. Радиусы колец подобраны так, чтобы радиоволны, проходящие через пустые кольца, собирались воедино на парусе космического аппарата "Старуиспа". Помогут и микросхемы, расположенные в узлах пересечения проволочных ячеек паруса. Они будут так управлять электропроводимостью сетчатого полотна, чтобы радиолуч давил на него с максимально возможной силой.

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.