Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее

Уже этого рассмотрения достаточно, чтобы убедиться в простом факте: субсветовые скорости движения ракет — удел цивилизаций II типа, то есть пока очень далекая от нас проблема.

Однако непонятно, насколько возникающие трудности преодолимы даже для них.

Чтобы поддерживать в фазе разгона допустимое для космонавтов ускорение, например 2g, необходима колоссальная эффективность двигателя Р » 6.10⁹ Вт/кг[164] (для сравнения укажем, что у современных кораблей с мощными ядерными реакторами она вряд ли доходит до 20, эффективность Солнца как «двигателя» Р_€ = 2.10^-4 Вт/кг). Но в таком случае полная начальная светимость аннигиляционной ракеты составит L = РМ₀ » 2,4.10¹⁹ Вт, причем максимум ее спектра будет приходиться на чрезвычайно жесткое излучение[165]. Получается мощная? — лучевая звезда, и она представляет огромную опасность для Земли и всего пространства Солнечной системы. При фокусировке излучения порядка одной угловой секунды ракета даже на расстоянии 100 астрономических единиц дает «зайчик» площадью около 4,5 млрд. км² (на порядок больше площади Земли) и поток радиации раза в 4 превысит общий поток Солнца в районе земной орбиты! Иными словами, ее старт следует устроить где-то на самых окраинах Солнечной системы, видимо, не ближе одного светового года от Солнца. Ну а транспортировка туда горючего малой скоростью (миллисветовые грузовики?) потребует тысячелетий. Идея же промежуточного старта на двигателях обычного типа наталкивается на другую опасность — допустимо ли монтировать аннигиляционную супербомбу в окрестностях Земли?

Ситуация взаимна. Фотонная ракета не только опасна для окружающей космической среды, но и среда представляет для нее огромную опасность. Если даже предположить идеальные навигационные условия — отсутствие на пути ракеты крупных небесных тел, все равно останется межзвездная среда с плотностью не менее 1 атома водорода в кубическом сантиметре. Это вовсе не страшно для медленных тел, но для релятивистской ракеты космический вакуум будет выглядеть потоком энергичной протонной радиации — словно ее используют в качестве мишени в 6-7-Гэвном ускорителе. При крайне скромном эффективном размере этой мишени порядка 1 км она испытывала бы порядка 10²¹ соударений в секунду с очень жесткими протонами. Защита от такой радиации эквивалентна непрерывному отводу мощности порядка 10¹² Вт, то есть система, практически равная всей энергетике современной Земли, работала бы только на нужды защиты.

Но помимо столь впечатляющих энергетических проблем есть еще кое-что сроки полетов. В релятивистской теории равноускоренного движения возникает естественная константа t= c/a0 (отношение скорости света к ускорению в системе отсчета корабля), характеризующая время разгона до ультрарелятивистских скоростей. При этом времена, измеренные по часам космонавтов и землян (t), связаны

формулой:

(t) = t₀ ln [t/t₀ + (t/to)² + 1] " t                   при   t/t₀ « 1

(t) = t₀ ln [t/t₀ + (t/t₀)² + 1] " t₀ln2(t/t₀)   при   t/t₀ » 1,

где мы выделили предельное поведение зависимости от t в самом начале разгона и после его завершения. Соответственно, ускорение, скорость полета и траектория корабля выглядят для земного наблюдателя следующим образом:

a(t) = a₀/[1 + (t/t₀)2]3/2 = a₀(1 – v²/c²)3/2 " a0    при   t/t₀ « 1,

a(t) = a₀/[1 + (t/t₀)2]3/2 = a₀(1 - v²/c²)3/2 " 0     при   t/t₀ » 1;

v(t) = a₀t/[1 + (t/t₀)2]1/2 " a₀t  при   t/t₀ « 1,

v(t) = a₀t/[1 + (t/t₀)2]1/2 " c     при   t/t₀ » 1;

r(t) = r₀{[1+ (t/t₀)2]1/2 -1} = r₀{1/(1 - v²/c²)1/2 -1}  " a₀t²/2  при   t/t₀ « 1,

r(t) = r₀{[1+ (t/t₀)2]1/2 -1} = r₀{1/(1 - v²/c²)1/2 -1}  " ct         при   t/t₀ » 1,

где введена постоянная r₀ = ct₀ = c²/a₀ — характерная длина разгона (при r »r₀ корабль практически идет со скоростью света[166]).

Из формул легко заключить, что ближний полет, скажем, на разведку 44-х звезд, заключенных в радиусе 5 парсеков вокруг Солнца, не представлял бы для космонавтов чего-то неприятного с точки зрения сроков. Путешествие к? Центавра (расстояние 4,3 световых года) в режиме двойного разгона-торможения при ускорении 2g (t » 1,53.10⁷ с ~ 0,5 года) заняло бы у них всего 5 лет, а на Земле к моменту возвращения прошло бы 10 лет. Скорость ракеты к моменту смены режима не превысила бы 0,988с.

Ситуация резко меняется, когда заходит речь об исследованиях всей Галактики. Чтобы совершить интереснейший полет к центру Галактики (r = 10⁴ парсек), космонавты могут затратить около 22 лет, имея в виду тот же режим с ускорением 2g. Но этот вполне умеренный срок противостоит 65 тысячелетиям ожидания. Что застанут космонавты, вернувшись домой, что найдут взамен утраченной цивилизации? Окажется ли добытая ими информация хоть чем-нибудь полезна?

Между тем, уровень трудностей при сверхдальних бросках принципиально возрастает. При полете в режиме разгон-торможение фотонная ракета достигает максимальной скорости v » c[1–1/2.(r₀/r)²] посреди пути. Для стартовой массы ракеты получаем: