Межзвездный перелет

Публикуется в разделе "К звездам"

12.08.2011.

Там, вдали, там возле синих звезд,
Солнце Земли будет светить мне.

 

Межзвездный перелет. Это всегда было заветной мечтой человечества. Коснуться рукой звезд, своими глазами увидеть чужие миры… Но эта мечта на современном уровне развития земной науки и технологий, увы, пока неосуществима. И даже неизвестно, когда ее можно будет осуществить. На пути пилотируемого полета к звездам лежат неимоверные трудности, как технического, так и биологического характера.

Но, тем не менее, в головах ученых и инженеров уже сегодня возникают самые различные проекты звездолетов. Среди них даже есть доведенные почти до уровня рабочих чертежей.

Земной науке неизвестны другие способы перемещения в пространстве материальных тел кроме обычного механического движения в эйнштейновом пространстве. При этом максимально достижимая скорость ограничена скоростью света – 300 000 км/с. Но даже эта скорость для земной технологии пока недостижимая мечта.

 

В этом разделе будут статьи о различных проектах для совершения межзвездных перелетов. Разумеется, практически все они основываются на таких технологиях, которые либо человечеству пока недоступны, либо только начинают осваиваться и находятся в зародыше. Однако, в отличие от различного рода warp-drive'ов, в массовом количестве заполнивших страницы фантастических романов, проектам, помещенным в этот раздел, присуща одна общая черта – используются уже открытые источники энергии для получения реактивной тяги. Почему именно реактивной? А просто потому, что другого способа ускорить материальное тело в вакууме до необходимой скорости не существует. Хотя, нет... Можно еще вспомнить про солнечный парус, использующий "дующий" от нашего светила поток частиц. Но этот способ вряд ли пригоден для межзвездных перелетов.

 

Но сначала немного теории.

 

Уравнение Циолковского

 

Скорость V, достигаемая ракетой после выгорания части горючего, определяется уравнением Циолковского:

 

 V=Slnμ=2,3Slgμ

 

Здесь S — скорость истечения рабочего тела, а μ — так называемое массовое число, т. е. отношение начальной массы ракеты к конечной (после выгорания горючего), ln — натуральный логарифм, lg — десятичный логарифм. При μ = 10 V = 2,3 S. Так как μ входит в формулу под знаком логарифма, увеличивать V за счет увеличения μ крайне невыгодно. Действительно, чтобы скорость возросла всего в несколько раз, потребуется увеличить μ на несколько порядков. Следовательно, если мы хотим добиться более высокой скорости полета ракеты, надо увеличить скорость истечения рабочего тела S. Современные ракеты работают на химическом топливе, и для них S порядка нескольких км/с. Она ограничивается теплотворной способностью топлива и жаропрочностью материала двигателей. Более эффективны ракеты с плазменными двигателями, в котором роль рабочего тела выполняет пучок ионов, ускоряемых электрическим полем. В будущем они, возможно, найдут применение в космонавтике. Если в качестве топлива служит атомное горючее (т. е. используется реактор, работающий за счет распада тяжелых ядер), то максимальная скорость выхода рабочего тела S = 13 000 км/с (при стопроцентном к.п.д.). Тогда при μ = 10 конечная скорость ракеты V = 0,1 с (одна десятая скорости света). И на путешествие к ближайшим звездам потребуется около 100 лет. Можно увеличить скорость истечения рабочего тела еще в несколько раз, если вместо атомного горючего использовать идеальное ядерное топливо, т.е. управляемый термоядерный реактор, работающий за счет реакции синтеза — превращения водорода в гелий. При 100 %-ном к.п.д. это горючее позволяет обеспечить скорость выхода рабочего тела S = (1/8) с. В этом случае при μ= 10 скорость V ≈ 0,3 с. Полет к ближайшим звездам будет длиться десятки лет (что уже можно считать приемлемым), а путешествие к границам Галактики по-прежнему будет занимать сотни тысяч лет.

Увеличивая μ, мы можем еще ближе подойти к скорости света. Но здесь уравнение Циолковского уже не действует. Когда скорость ракеты становится сравнимой со скоростью света, вместо уравнения Циолковского надо использовать другое, релятивистское уравнение:

 

 μ=(c+V/c-V)c/2S

 

Чем больше скорость выхода S, тем меньше показатель степени в этой формуле и тем меньше требуемое значение μ, т. е. тем выше эффективность двигателя. Максимальная эффективность достигается при S = с, т. е. когда скорость истечения рабочего тела равна скорости света. Ракета, для которой выполняется это условие, получила название фотонной.

 

Л. М. Гиндилис
"SETI: Поиск Внеземного Разума"

Еще по теме межзвездный перелет


Хотите что-то добавить или возразить? Вы можете оставлять свои комментарии прямо здесь или вступить в наши группы ВКонтакте или в Facebook и участвовать в обсуждениях