Независимое тестирование двигателя EmDrive, принцип работы которого неизвестен, подтвердило существование у него «аномальной» тяги, но привело к немалому объему критики со стороны представителей научного сообщества. Есть физики-теоретики, которые даже предложили в принципе не рассматривать итоги этого эксперимента, поскольку у них не имеется адекватного теоретического объяснения. Почему так вышло? Какие новые оригинальные средства перемещения в космосе смогло придумать человечество?

Путешествия между звездами нереальны при нынешнем развитии технологий, так утверждают физика и ее закон сохранения импульса. Если перефразировать Ньютона, то чтобы разогнать что-нибудь нужное, следует для начала выбросить в противоположную сторону что-либо совсем ненужное. Подойдет для этого и ракетное топливо, накопить которое для путешествия за границы Солнечной системы невозможно. Для выхода из этого тупика энтузиасты космических странствий время от времени предлагают аппараты типа двигателя EmDrive, не нуждающиеся, по их словам, в выбросе топлива для набора скорости.

Гипотетический двигатель внешне похож на ведро, в котором находится генератор микроволн вроде СВЧ-печи – магнетрон. Изобретатели говорят, что раз микроволны из ведра не выходят, то и выброса материальной субстанции не будет. При этом данное «ведро» генерирует тягу, фиксируемую экспериментально с 2002 года и по сей день. Один из подобных опытов проведен в НАСА, иной – совсем недавно Мартином Таджмаром, главой, расположенного в Дрездене, немецкого Института аэрокосмического инжиниринга при Техническом университете. Так может быть, есть что-то реальное в аномальной тяге EmDrive?

Оппонентов исследователей этот факт не смущает. Некоторые, в том числе Шон Кэролл из Калифорнийского технологического института, характеризуют аппарат выражениями, которые просто нельзя воспроизводить в русскоязычных СМИ. Более сдержанные коллеги высказываются иначе, в EmDrive нарушается закон сохранения импульса. Эрик Дэвис из американского Института продвинутых исследований в Остине прибавляет, если бы тяга в самом деле создавалась, то в испытаниях выявлялась бы только десятками микроньютонов, работающим в аэрокосмической отрасли профессионалам «вообще неинтересны новые методы передвижения, порождающие тягуизмеряемую лишь в микроньютонах. Слишком уж невелики цифры!

Стоит отметить также относительную рискованность последнего утверждения. Согласно упомянутым выше экспериментам НАСА, зарегистрированная тяга достигла 0,4 ньютона на киловатт. Цифра эта действительно, мягко говоря, невелика. Однако двигатель с подобными параметрами мог бы доставить к Плутону NewHorizons не за потребовавшиеся на практике десятилетия, а лишь за полтора года. То есть для по-настоящему дальних полетов история весьма далека от банальной «незаинтересованности».

Гораздо интереснее иной вопрос: действительно ли работает EmDrive, или же эксперименты регистрируют некую несуществующую тягу? Мартин Таджмар, экспериментатор и известный «разрушитель мифов», поставил ряд «аномальных» экспериментов, обнаружив источники их аномалий в тяжело выявляемых ошибках измерения. На сей раз он применял крутильные весы, проводя эксперимент в глубочайшем вакууме для исключения воздействия конвекции воздуха. Все это не избавило от аномальной тяги.

Оппоненты и на сей раз выказывали скепсис. То, что тяга не пропадала сразу же после выключения EmDrive, может свидетельствовать о том, что мы имеем дело с неким тепловым эффектом. Возможно, именно он влияет на показания регистрирующих приборов. Таджмар, однако, детально описал в своей работе предпринятые им меры магнитного экранирования и теплозащиты. Почему-то его критики из среды физиков-теоретиков их не замечают.

Сильнее всего смущает идея Эрика Дэвиса, заключающаяся в том, что рецензируемые журналы не примут работу Таджмара лишь на том основании, что она не подразумевает теоретического механизма, способного разъяснить полученную аномальную тягу. А ведь, проводившиеся с 1914 по 1930 годы, эксперименты по бета-распаду, вообще формально нарушали закон сохранения энергии. Но сложно вообразить, чтобы кто-либо из физиков тех времен говорил, что данные эти в рецензируемые журналы не попадут, поскольку не объяснены теоретически.

Отсутствие теоретического объяснения имеющейся у EmDrive тяги действительно значит, что он, по-видимому, не работает. Во всяком случае, он не работает так, как это описано Роджером Шойером, его создателем. Но довольно-таки странной для ученого можно назвать позицию Дэвиса, сводящаяся к идее: если у экспериментов нет теоретического обоснования, то и на проведение их время тратить не стоит.

«Лампочки» и ядерные ракеты

Но не один лишь EmDrive предпринимает попытки произвести революцию в космических полетах. Ведь даже самый скоростной аппарат, запущенный людьми, «Гелиос-2», рубеж в семь десятков километров в секунду преодолел с трудом. Полет к звездам на подобной скорости потребует тысячи лет. Такой срок лишит его всякого практического смысла.

Первую значительную попытку превышения скорости химических ракет предприняли еще в 50 годы прошлого столетия в американском проекте «Орион». Он предполагал подрыв небольших водородных бомб примерно в стоне метров за амортизирующей кормовой плитой космического корабля. В этих целях плита покрывалась тоненьким слоем графитовой смазки, испарявшейся после взрыва, но не допускавшей перегрева корабля. Слово «покрывалась» использовано не зря, проводили не только расчеты, но и опыты подобного взрыво-импульсного полета, правда, с помощью обычной взрывчатки.

Но очевидна главная проблема «Ориона» - он должен был приводить к радиоактивным осадкам при взлете. Сделанные в 60 годы того же столетия Фрименом Дайсоном, расчеты показывают, что до Альфа Центавра беспилотный «Орион» мог добраться за 133 года. Только обошелся бы он в несколько сотен миллиардов долларов.

Когда «Орион» «свернули», американские и советские ученые зажглись новой идеей - применять не термоядерные взрывы, а обычный ядерный реактор, которые нагревает водород до двух-трех тысяч градусов. Советский двигатель РД-0410, самый эффективный в этом классе, испытания прошел в Казахстане. В принципе он сделал возможным относительно чистый ядерный старт с Земли космического корабля. Из урана вполне реально извлекать гораздо больше энергии, чем из химического топлива. А значит, теоретически подобные средства разгона делали возможным совершение пилотируемого полета к Марсу («Марс-94»).

Появилась и концепция-конкурент, теория так называемой «ядерной лампочки». Здесь активную зону реактора закрывают кварцевой оболочкой. Излучение через нее нагревает в рабочей зоне двигателя газ до двадцати пяти тысяч градусов. При таком нагреве активная зона реактора излучает лишь в ультрафиолете. Для него кварц прозрачен, а значит, не перегревается. Увлекаемый генерируемым вихрем нагреваемый газ не должен, в свою очередь, давать перегреться оболочке двигателя. При повышении температуры работы на порядок все параметры двигателя резко улучшались. Но в Советском Союзе дело не пошло далее разработки концепции. Впоследствии он лишился последних перспектив на финансирование.

И все же ядерная лампочка кажется довольно реалистичной идеей. Она позволит на базе имеющихся технологий добиться для тяжеловесных космических кораблей достаточно высоких скоростей. Хотя тяга ее, будучи прекрасной для скоростных межпланетных перелетов, для межзвездных путешествий слабовата.

Полеты без топлива

Полтора столетия назад, когда Максвелл описал природу света, Жюль Верн высказал идею, что оптимальным для межзвездных путешествий окажется отражающий свет парус. Тогда разгоняться корабль будет не на топливе, а на фотонах. Прибыв в систему ближайшей звезды его затормозит тот же парус, и опять без топлива.

Этот проект технически ограничивает один фактор, корабль, с приближенной к световой, скоростью должен обладать парусами в десятки квадратных километров. Масса их не должна превышать одной десятой грамма на квадратный метр. Реализовать это на практике чрезвычайно сложно.

Однако уже в 70 годы прошлого столетия предложили оригинальный лазерный парус. Этот отражатель гораздо меньших размеров разгоняется с околоземной орбиты лазерным излучателем. Много лет не получалось создать лазеры с необходимой мощностью. Но несколько лет назад Филип Лубин из американского Калифорнийского университета в Санта-Барбаре предложил создать вместо них группы из множества относительно мелких излучателей. Они работают по принципу антенной фазированной решетки с ограниченной лишь их числомитоговой мощностью. В рамках его проекта DESTAR-6 космический зонд массой в десять тонн можно разогнать до околосветовой скорости в границах Солнечной системы: до трех десятков астрономических единиц от Солнца. Проблемы с фокусировкой лазеров далее не дадут разгонять корабль на большем расстоянии.

DESTAR-6 предстояло стать огромной группировкой. По проекту Лубина, каждый ее элемент должен получать энергию от солнечных батарей. А значит, совокупные размеры подобной группы составляют тысячу на тысячу километров. Если учесть текущие расценки на вывод грузов на орбиту, потребуются те же сотни миллиардов долларов, что и на проекты, подобные «Ориону».

Так что летом нынешнего года Лубин предложил применять зонды с минимальной массой, а именно, довольно большие полупроводниковые пластины. На них предполагают располагать все требующиеся зонду компоненты: оптические и электронные. Их хватит на создание снимков в оптическом диапазоне, их дальнейшую обработку и отправку на Землю. Для этого можно использовать энергию расположенных с лицевой поверхности пластин солнечных батарей. Толщина пластин может быть менее миллиметра – как и у современных кремниевых подложек. Снизив массу зонда до десяти килограммов, аппарат можно будет лишь за пару десятков лет доставить к Альфа Центавра (0,2 скорости света). Величину разгоняющейся группы спутников с лазерами на борту можно при этом уменьшить на 33 километра. Естественно, в таких условиях снимки не будут идеальными. Более того, зонд не сможет затормозить около цели, а значит, первая миссия к звездам сильно напомнит полет вблизи Плутона NewHorizons. Правда, учитывая нынешние наши знания о загадочной системе Альфа Центавра, и это было бы большим счастьем.

Бывает ли перемещение сверхсветовым?

Все, озвученные выше, идеи требуют ожидания подтверждения в течение десятилетий. Есть ли способ побыстрее? В начале 90 годов над этим задумался Мигель Алькуберре, мексиканский физик. Если станет возможным получение отрицательной массы энергии, применять ее можно было бы для создания своеобразного пузыря. По предположению ученого, он сжимал бы прямо перед собой пространство, расширяя его за собой. Идея казалась не только исключительно теоретической, но даже фантастической. Если и существует отрицательная энергия, то для того, чтобы перемещать пузырь диаметром в две сотни метров, потребуется энергия эквивалентная массе Юпитера. Правда, в последние годы ученые предложили модификации его идеи. Пузырь в итоге заменили на тор, а отрицательную энергию сочли и вовсе ненужной. Тогда расчеты говорят о потребности в энергии, которая содержится лишь в сотне килограммов массы.

Подобное искривление пространства-времени может вести в теории к сверхсветовому перемещению. Для проверки ее реальности Гарольд Уайт, сотрудник НАСА, смог модифицировать интерферометр Майкельсона-Морли. Он сопоставлял параметры двух половинок расщепленного лазерного луча. Причем одна из них подвергалась воздействию, способному в теории искривлять пространство. Впоследствии в таком эксперименте получили некие признаки искривленного пространства. При этом никакой материи с отрицательной массойне было. Результаты, однако, не стали окончательными. На интерферометр воздействует чересчур много помех, а чувствительность его еще придется значительно повышать.

Вернемся к EmDrive. Чтобы объяснить создаваемую ведром аномальную тягу, группа Уайта поэкспериментировала с резонирующей полостью EmDrive. Через нее они пропускали лазерный луч своего интерферометра. Как заявили исследователи, в ряде случаев луч реально проходил через полость за разные отрезки времени. Уайт полагает, что это – признак наличия по тем или иным причинам слабых искривлений пространства внутри полости. Возможно, это как-то и связано с аномальной тягой EmDrive.

Есть ли выход?

Невозможным является всякий двигатель, который не пытаются разработать. Ведь еще в 1807 году поехал первый автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Но к этому изобретению не было интереса, равно как и к целому ряду подобных ему. В итоге большая часть земного населения полагает, что изобрел автомобиль либо Даймлер, либо Форд. Аналогична история произошла с турбиной и паровым двигателем, все компоненты которых изготовили еще в эпоху Римской империи.

Межзвездные путешествия также останутся невозможными до тех пор, пока мы их полагаем таковыми.И все же сохраняется надежда. Относительно безопасные ракетные ядерные двигатели испытывали уже десятки лет назад. Как и технологии лазерного паруса, они уже сегодня вполне реальны. Дело лишь за желанием взяться за них. Вероятно, мы станем счастливыми современниками открытия физиками новых явлений, позволяющими повторять историю открытия ядерной энергии. Еще в 1934 году Эйнштейн сообщал людям, что нет никакой вероятности грядущего применения атомной энергии. А в то же время Лео Силлард уже работал над концепцией цепной ядерной реакции. До запуска же атомного реактора, основанного на ней, оставалось лишь восемь лет.