Заметки о космической фантастике

Очень популярны в фантастике антигравитаторы: включаешь такой, и всё — тяготение пропадает, взлетаешь себе спокойно, поплёвывая в потолок. Такая штука, по идее, устраняет компоненту потенциальной энергии (минус собственное потребление, разумеется), и кажется, что дело за малым — ускорить корабль и пусть летит себе. Но, во-первых, закон сохранения энергии никто не отменял, а во-вторых, если всё-таки заморочиться и провести хотя бы очень приблизительный, на уровне школьных формул восьмого класса расчёт (исходные данные: орбита вывода — 400 км, финальная скорость — 7,5 км/сек), выяснится, что компонента потенциальной энергии составляет всего около 14 % общей энергии, которую нужно сообщить аппарату. То есть на одном антигравитаторе далеко не улетишь.

Другое популярное направление — это придумать какой-нибудь элемент, сверхкрутое топливо. Такое топливо, для удобства назову его «хреноптаниум», как правило, представляет собой редкое, но очень энергоёмкое вещество, на пол-литре которого можно улететь хоть на Марс.

Тут самое время вспомнить Эйнштейна: E = mc^2.

Именно столько энергии выделяется при аннигиляции — реакции взаимодействия материи и антиматерии. Хреноптаниум, конечно, не антиматерия, и вряд ли из него получится выжать больше энергии, чем предлагает Эйнштейн. Но, как показывает практика, сильно больше и не нужно.

Для выхода на орбиту, если не думать о возможности физического воплощения двигателя на хреноптаниуме, такое вещество вполне годится. Если принять КПД за 100 % (в реальности значительная часть энергии аннигиляции улетает в виде нейтрино, то есть по сути впустую), то для вывода на орбиту в 400 км ракеты массой 23 тонны (полезная нагрузка первой версии Falcon 9) потребуется всего порядка ~5 миллиграмм антиматерии. Правда, фотонный двигатель нормально работать может только в безвоздушном пространстве… ну да это неважно. Двигатель на хреноптаниуме при общей его фантастичности нет смысла так ограничивать. Сколько энергии выделяется из хреноптаниума — чёрт его знает, но в качестве обоснуя — почему бы и нет? Ну пускай будет не 5 миллиграмм, а 5 грамм. Велика разница.

Однако энергетические затраты — лишь малая часть общей стоимости запуска. Куда больше денег требуют обеспечение стабильного полёта и затраты на изготовление одноразовых ступеней ракеты. Поэтому повышать КПД двигателя не так эффективно экономически, как упростить и удешевить его конструкцию. Или летать на многоразовых кораблях.

Ещё одним препятствием на пути к пыльным тропинкам далёких планет являются радиационные пояса. Обычно их изображают так:

Но это, конечно, очень упрощённое представление. В реальности всё выглядит примерно так:

Слева показано распределение интенсивности частиц с энергией больше 10 МэВ (внутренний пояс), справа — больше 1 МэВ (внешний), обе зоны имеют тороидальную форму, то есть форму бублика. Как можно заметить, чёткой границы у поясов нет, да и нечёткая постоянно меняется, а деление на внешний и внутренний очень условно. Однако вопрос о том, как преодолеть пояса, очевидным образом снимается: нужно всего лишь пролететь сквозь него у полюсов планеты, где интенсивность излучения минимальна. Именно так летали корабли миссий «Аполлон» на Луну. Структура обшивки командного модуля (внутренняя сэндвич-панель с алюминиевыми сотами, слой стеклопластика и внешняя стальная пластина) экранировала излучение с большим запасом, так что полученные астронавтами дозы не сильно отличались от доз, получаемых людьми на МКС. Для примера, на геостационарной орбите (да, как ни странно, она лежит в зоне внешнего пояса) для нормальной защиты достаточно алюминиевой пластинки с эффективной радиационной толщиной 0,01 г/см^2.

Другими словами, на первый взгляд это не такая уж большая преграда. Но — для ракеты. А вот для остального…

Космический лифт.

Один из самых популярных альтернативных методов отправки грузов на орбиту в тех книгах, где авторы вообще задумываются над этим вопросом. Ему посвящён целый роман Артура Кларка — «Фонтаны рая».

Лифт — это парящая на геостационарной орбите платформа с тросом, протянутым к Земле, и противовесом на внешней стороне. В теории это позволит выводить грузы на орбиту без использования жидкостных реактивных двигателей. Путь наверх займёт гораздо больше времени, но будет дешевле и безопасней.

В теории, разумеется.

Так это видит неизвестный художник. Правда, тут даже до орбиты МКС (400 км) далеко, не то что до геостационарной (35876 км).