По идее, нанокорабли должны быть способны на то, что не в состоянии сделать химические ракеты. Формула Циолковского показывает, что традиционная ракета типа Saturn никогда не сможет долететь до ближайшей звезды, поскольку необходимое количество топлива с увеличением скорости возрастает экспоненциально и химическая ракета просто не сможет нести на себе достаточно топлива для полета на такое расстояние. Если же считать, что химическая ракета все же могла бы достичь ближайших звезд, такое путешествие заняло бы около 70 000 лет.
Большую часть энергии химическая ракета тратит на поднятие собственного веса в космос, в то время как нанокорабль получает энергию от внешних, расположенных на Земле лазеров. В этом случае топливо понапрасну не тратится — все оно идет на разгон корабля. А поскольку нанокораблям не нужно генерировать энергию, в них нет движущихся частей, что значительно снижает вероятность механических поломок. В них нет также взрывоопасных химических веществ, они не могут взорваться ни на стартовой площадке, ни в космосе.
Компьютерные технологии развились уже до того уровня, на котором мы сможем разместить в одной микросхеме целую научную лабораторию. Нанокорабли должны будут содержать камеры, датчики, наборы химических веществ и солнечные элементы, достаточные для подробного анализа далеких планет и отправки радиосообщений на Землю. Поскольку стоимость компьютерных микросхем резко упала, мы могли бы отправить к звездам тысячи таких нанокораблей в надежде, что хотя бы нескольким из них удастся перенести опасное путешествие. Эта стратегия — подражание Матери-природе, когда растения буквально пускают на ветер тысячи крохотных семян, чтобы повысить вероятность того, что хотя бы некоторым из них удастся прорасти.
У нанокорабля, проносящегося мимо системы Альфа Центавра со скоростью в 20 % скорости света, будет всего несколько часов на выполнение своей задачи. За это время он должен будет обнаружить в этой звездной системе землеподобные планеты, быстро сфотографировать и проанализировать полученные данные, чтобы определить характеристики поверхности, температуру и состав атмосферы, обращая особое внимание на наличие воды и кислорода. Кроме того, он должен будет просканировать систему в поисках радиоизлучений, которые могли бы указывать на существование там инопланетного разума.
Основатель компании Facebook Марк Цукерберг публично поддержал проект Breakthrough Starshot, а российский инвестор и бывший физик Юрий Мильнер лично пообещал выделить на его реализацию $100 млн. Нанокорабли сегодня уже намного больше, чем просто идея. Но на пути их создания есть несколько препятствий, которые нужно снять, прежде чем приступать к полномасштабной реализации этого проекта.
Проблемы лазерных парусов
Чтобы отправить флотилию космических нанокораблей к системе альфы Центавра, лазерная батарея должна будет обеспечить воздействие лазерных лучей суммарной мощностью не менее 100 ГВт на парашюты кораблей в течение примерно двух минут. Давление света этих лазерных лучей выбросит наши корабли в космос. Чтобы корабли полетели в верном направлении и попали в цель, лучи должны быть нацелены с поразительной точностью. Малейшее отклонение траектории погубит экспедицию.
Главным из стоящих перед нами препятствий являются проблемы не фундаментальной науки — все уже известно, — а финансирования, несмотря на участие в проекте нескольких известных ученых и предпринимателей.
Каждая атомная электростанция стоит несколько миллиардов долларов и производит всего 1 ГВт (тысячу миллиардов ватт) мощности. Получение государственного и частного финансирования для строительства достаточно мощной и точной батареи лазеров, безусловно, станет узким местом проекта.
В качестве пробного шара перед отправкой экспедиции к далеким звездам ученые, возможно, решат отправить нанокорабли к более близкой цели в пределах Солнечной системы. На путь до Луны они затратят всего 5 с, до Марса — около 1,5 ч, а до Плутона — несколько суток. Не дожидаясь десять лет, пока обычный космический аппарат доберется до далеких планет, мы могли бы получить о них новую информацию через несколько дней — и наблюдать происходящее в Солнечной системе почти в реальном времени.
На следующем этапе проекта мы могли бы попытаться построить батарею лазерных пушек на Луне[35]. Луч лазера, проходя сквозь атмосферу Земли, теряет около 60 % своей мощности. Лунная пусковая установка помогла бы устранить эту проблему, а солнечные элементы на Луне обеспечили бы ее дешевой электроэнергией в достаточном количестве. Не забывайте, что одни лунные сутки соответствуют примерно 30 земным, так что энергию там можно эффективно собирать и запасать в аккумуляторах. Это сэкономило бы нам миллиарды долларов, ведь, в отличие от атомной энергии, солнечный свет ничего не стоит.
К началу ХХII в. технология самовоспроизводящихся роботов, по идее, будет уже отработана и мы получим возможность доверять машинам задачу строительства солнечных электростанций и лазерных батарей на Луне, Марсе и других объектах Солнечной системы. Мы будем посылать туда стартовую команду автоматов: одни будут добывать реголит, другие — строить завод. Еще одна команда роботов будет заниматься сортировкой, измельчением и выплавкой сырья на заводе с целью получения различных металлов. Их можно будет использовать для сборки лазерных пусковых установок — и новой группы самовоспроизводящихся роботов.
Со временем мы могли бы cоздать в Солнечной системе активную сеть передающих станций от Луны до самого облака Оорта. А поскольку кометы облака Оорта можно обнаружить чуть ли не полпути к альфе Центавра и к тому же они практически стоят на месте, вероятно, они будут идеальным местом для лазерных батарей, способных дополнительно разогнать нанокорабли на пути к соседней звездной системе. При проходе очередного нанокорабля мимо одной из станций лазеры на ней автоматически сработают и дадут кораблю дополнительный импульс в его движении к звездам.
При строительстве далеких форпостов самовоспроизводящиеся роботы могли бы использовать не солнечный свет, а термоядерные источники энергии.
Световые паруса
Нанокорабли на лазерной тяге лишь одна из разновидностей категории межзвездных кораблей, известной как солнечные (световые) паруса[36]. Точно так же, как парусный корабль ловит в паруса ветер и использует его силу, световые паруса используют силу давления света, источником которого может быть Солнце или лазер. Кстати, многие уравнения, используемые для расчета движения парусников, могут быть применены и к световым парусам в открытом космосе.
Свет состоит из частиц, именуемых фотонами. Сталкиваясь с каким-то объектом, фотоны оказывают на него мизерное давление. Давление света так мало, что ученые долгое время даже не подозревали о его существовании. Первым этот эффект отметил Иоганн Кеплер, когда выяснилось, что, вопреки ожиданиям, хвосты комет всегда развернуты прочь от Солнца. Великий астроном верно заключил, что эти хвосты порождаются давлением солнечного света, которое выбивает пылинки и ледяные кристаллы из комет в сторону, противоположную Солнцу.
Прозорливый Жюль Верн предсказал световые паруса в романе «С Земли на Луну». Он писал: «Не сегодня
