Фізика майбутнього

Дайсон мріє, що колись системи лазерної тяги виводитимуть на земну орбіту великі вантажі лише за 5 доларів з розрахунку на фунт ваги, і це здійснить справжню революцію в космічній галузі. Він уявляє велетенський лазер потужністю 1000 мегават, що зможе вивести на орбіту двотонну ракету (це дорівнює потужності стандартної атомної електростанції). Ракета складається з корисного вантажу й баку з водою на дні ракети; вода повільно просочується крізь малесенькі отвори в дні. І корисний вантаж, і бак з водою важать по одній тоні. Коли лазерний промінь потрапляє на низ ракети, вода миттєво випаровується, створюючи низку ударних хвиль, які штовхають ракету в космос. Ракета досягає прискорення 3 g і виходить за межі гравітаційного поля Землі за шість хвилин.

Оскільки така ракета взагалі не містить палива, то немає й загрози катастрофічного вибуху носія. Хімічні ракети - навіть сьогодні, коли від початку космічної ери минуло вже п’ятдесят років, - мають ризик аварії близько одного відсотка. І ці аварії дуже видовищні летке кисневе й водневе паливо вибухає величезними вогняними кулями, а уламки сиплються дощем на весь космодром. Лазерна ж система, навпаки, проста, безпечна, її можна використовувати багаторазово через дуже малі проміжки часу, і для її функціонування потрібні тільки вода й лазер.

Щобільше, ця система з часом окупиться. Якщо за її допомогою запускати півмільйона космічних кораблів на рік, то плата за ці запуски може легко перекрити й операційні витрати, і вартість розробки системи. Втім, Дайсон розуміє, що до здійснення цієї мрії мусить проминути ще багато десятиріч. Для фундаментальних досліджень надпотужних лазерів потрібно таке фінансування, яке значно перевищує можливості будь-якого університету. Якщо цей проект не профінансує якась солідна корпорація або уряд, то система лазерної тяги не з’явиться ніколи.

Ось тут могла би стати в пригоді премія X Prize. Якось я розмовляв з Пітером Діамандісом, який заснував фонд X Prize ще 1996 року, і дізнався, що той чітко усвідомлює недоліки хімічних ракет. Навіть у випадку SpaceShipTwo, зізнався мені Діамандіс, існувала та проблема, що хімічні ракети - це дорогий спосіб вирватися з гравітаційного поля Землі. Відтак одну з майбутніх премій X Prize одержить той, хто зуміє створити ракету, що рухатиметься за допомогою променя енергії. (Однак замість лазерного променя ця ракета мала б використовувати схоже джерело електромагнітної енергії - мікрохвильовий промінь.) Можливо, широка реклама премії XPrize і перспектива одержати багатомільйонну нагороду послужать достатнім стимулом для підприємців і винахідників, щоб створити нехімічні ракети, зокрема мікрохвильову ракету.

Є й інші експериментальні ракетні конструкції, але вони пов’язані з іншими ризиками. Один варіант - газова гармата, що вистрілює з величезного дула своєрідні “снаряди”, - щось на кшталт ракети в романі Жуля Верна Із Землі на Місяць. Однак ракета Верна не долетіла б до космосу, оскільки порох не може розігнати снаряд до швидкості 25 000 миль на годину — саме така швидкість потрібна, щоб вирватися з гравітаційного поля Землі. Тим часом у газовій гарматі снаряди вилітають з величезною швидкістю під дією стиснутого газу, що міститься в довгій трубі. Покійний Абрагам Герцберґ із Вашингтонського університету в Сієтлі сконструював прототип такої гармати діаметром чотири дюйми і довжиною тридцять футів. Газ усередині цієї гармати - це суміш метану з повітрям, стиснута до двадцяти п’яти атмосфер. Якщо цей газ запалити, то корисний вантаж розганяється в дулі з неймовірним прискоренням 30 000 g - при такому прискоренні більшість металевих об’єктів сплющуються.

Герцберґ довів, що газова гармата може функціонувати. Проте, щоб запустити корисний вантаж у відкритий космос, дуло мусить бути значно довше - близько 750 футів - і містити на різних ділянках траєкторії руху “снаряду” різні гази. Аби розігнати корисний вантаж до другої космічної швидкості, дуло має містити до п’яти різних ділянок з різними газами.

Вартість запуску космічного апарата за допомогою газової гармати може виявитись навіть меншою, ніж за допомогою лазерної системи. Однак запускати таким способом у космос людей надто небезпечно; так запускатимуть лише твердий вантаж, що може витримати таке шалене прискорення.

Третя експериментальна конструкція - “слінгатрон”, який, як та праща, спершу розкручує корисний вантаж, а тоді