Читать книгу "Наука Плоского мира - Терри Пратчетт"

Огромная ракета «Сатурн‑5» с приделанной к ней крошечной капсулой «Аполлона» стала первой попыткой человека уйти за пределы земной гравитации. Мы не имеем в виду, что гравитационное притяжение Земли станет равным нулю, если вы отлетите подальше, хотя это весьма распространенное заблуждение. Мы подразумеваем, что если вы летите достаточно быстро, то сила тяжести Земли никогда не сможет притянуть вас обратно. Небесная механика оперирует в фазовом пространстве дистанций и скоростей, ее «ландшафт» включает в себя не только скорость, но и расстояние. Лишь узнав достаточно много о гравитации и динамике, чтобы понять этот нюанс, мы обрели шанс воплотить проекты типа «Аполлона» на практике.

Вы легко поймете это на примере неких древних идей, которые были совершенно умозрительными (в приземленном смысле этого слова) и одновременно вполне фантастическими и непрактичными, по крайней мере по меркам Круглого мира. В 1648 году епископ Джон Уилкинс перечислил четыре способа покинуть Землю: заручиться поддержкой духов или ангелов; оседлать птиц; прикрепить крылья к телу; построить летательную колесницу. Из христианского милосердия мы могли бы интерпретировать последние два способа как самолеты и ракеты, но Уилкинс определенно думал, что земная атмосфера распространяется до самой Луны. Гравюра шестнадцатого века Ханса Шойфелина изображает Александра Македонского, улетающего в космос на двух грифонах. А что? Дешево и сердито. Бернардо де Заманья подумывал о воздушной лодке, в то время как другие – о воздушных шарах.

Каждая эпоха фантазировала в рамках существовавших тогда технологий. В романе Жюля Верна «С Земли на Луну прямым путем за 97 часов 20 минут», написанном в 1865 году, путешественники отправляются в космос на капсуле, выстреленной из огромной пушки, установленной во Флориде. В 1870 году вышло продолжение романа – «Вокруг Луны», и там уже описан целый космический поезд из подобных капсул. Жюль Верн не ошибся, выбрав Флориду. Он знал, что благодаря вращению Земли возникает центробежная сила, помогающая капсуле покинуть планету, и что сильнее всего она действует на экваторе. Поскольку героями книги были американцы, то Флорида вполне подошла. Когда НАСА начало запуск ракет, они пришли к тем же выводам и космодром был построен на мысе Канаверал.

У больших пушек, правда, имеются отдельные недостатки, такие, как стремление расплющить своих пассажиров по полу из-за слишком быстрого ускорения. Однако современные технологии помогают этого избежать благодаря постепенному росту скорости. С инженерной точки зрения ракеты пока наиболее предпочтительны, однако все еще может измениться. В 1926 году Роберт Годдард изобрел жидкое ракетное топливо. Первая его ракета поднялась на головокружительную высоту 40 футов (12,5 м). С тех пор ракеты проделали немалый путь, доставив людей на Луну и разослав наши приборы по всей Солнечной системе. Да и сами они стали куда совершеннее. И все же, все же… Не кажется ли вам, что способ покидать планету на гигантском одноразовом фейерверке не слишком элегантен?

До недавнего времени считалось, что запас энергии, необходимый для полета в космос, должен переноситься самим снарядом. Тем не менее у нас уже имеется, пусть и в зачаточном состоянии, способ покинуть Землю, оставив источник энергии на планете. Это лазерная двигательная установка: мощный луч когерентного света, направляемый на твердый предмет, буквально толкает его вперед. Подобный способ требует огромных затрат энергии, однако прототипы, созданные Лейком Мирабо, уже были испытаны в Центре высокоэнергетических лазеров на полигоне Уайт-Сэндс. В ноябре 1997 года небольшой снаряд достиг высоты 50 футов (15 м) за 5,5 секунды; в декабре того же года – уже 60 футов (20 м) за 4,9 секунды. Это может показаться не слишком впечатляющим, но сравните с первой ракетой Годдарда. Для достижения эффекта гироскопической стабилизации снаряд вращается со скоростью 6 тысяч оборотов в минуту. Лазерный луч частотой 20 импульсов в секунду направляется на специальную полость, нагревая воздух под ней и создавая волну сжатия в несколько тысяч атмосфер с температурой 30 000 °К. Именно это и толкает снаряд вперед. На большой высоте воздух становится разреженным, поэтому для аналогичной ракеты потребуется взять на борт топливо. Оно будет закачиваться в полость и испаряться под лазерным лучом. Для того чтобы вывести на орбиту снаряд весом в 2 фунта (1 кг), потребуется лазер мощностью 1 МВт.

А еще это может быть очень мощным оружием…

Другой вариант – это направленная передача энергии. С Земли можно направить пучок высокочастотной электромагнитной энергии. Это не просто фантазии: в 1975 году Дик Дикинсон и Уильям Браун переслали на расстояние в 1 милю пучок мощностью 30 кВт (чего достаточно для питания тридцати электроплиток). Джеймс Бенфорд и Мирабо предложили использовать для запуска космических кораблей волну миллиметрового диапазона, которая не затухает в атмосфере. Это одна из вариаций лазерного метода, при которой используются снаряды аналогичной конструкции.

Оба этих метода требуют огромного количества энергии. В них слышится отголосок старых инженерных предрассудков, что любой выход в космос потребует много энергии для преодоления гравитации Земли. Но их преимущество заключается в том, что источник энергии остается на планете, а электростанция мощностью 1000 МВт, которая потребуется для лазерного запуска, в промежутках может генерировать электроэнергию для бытовых нужд.

Более тонкий метод, основанный на принципе боласа, впервые был предложен в 50‑х годах ХХ века. Болас – это такое охотничье приспособление, представляющее собой 3 грузика, прикрепленных к ремешкам, концы которых связаны вместе. В полете болас вращается, растягивая грузики в стороны. Когда ремни достигают цели, грузики закручиваются по спирали и наносят смертельный удар. Похожее устройство, напоминающее гигантское колесо обозрения с треми спицами, на концах которых будут располагаться кабины, можно установить над экватором. Нижняя часть боласа будет располагаться где-то в нижних частях атмосферы, а верхняя – в космосе. Вы можете подлететь к нижнему «шарику» на самолете, пересесть в кабинку, а потом – рраз! – и вы уже в космосе. Самое большое препятствие на пути подобного проекта – это трос, который должен быть прочнее, чем все известные нам материалы. Впрочем, углеродное волокно – шаг в правильном направлении, поскольку сочетает прочность с легкостью. Атмосферное трение замедлило бы вращение боласа, но подобные потери можно компенсировать, установив в космосе солнечные батареи.

Впрочем, самым известным устройством подобного типа является космический лифт. Мы упоминали о нем в первой главе в метафорическом смысле, также в качестве технологической идеи. Теперь мы поговорим о нем подробнее. По сути, космический лифт первоначально представляет собой спутник на геостационарной орбите. Затем вы опускаете с него трос на поверхность Земли, сооружаете подходящую кабинку и находите подходящий материал для кабеля. Этот материал вы поднимаете наверх ракетами или системой боласов (а как только у вас будет первый такой трос, с его помощью можно соорудить и остальные). Все это вам нужно сделать лишь однажды, поэтому величина первоначальных расходов становится несущественной.

В начале книги мы уже подчеркивали, что, как только количество спускаемого вниз и поднимаемого наверх груза уравняется, преодоление гравитации станет абсолютно бесплатным и не потребует новых затрат энергии. С этого момента можно будет начать строить межпланетные корабли прямо в космосе, используя материалы, добытые на Луне или в поясе астероидов. Космический лифт станет новой отправной точкой нашей цивилизации, именно поэтому мы использовали его прежде как метафору, говоря о жизни вообще.