Во-вторых, относительные скорости астероидов таковы, что пилоту не хватит никакой нечеловеческой реакции, чтобы уклониться от летящей навстречу глыбы.
В-третьих, даже если представить себе такое плотное поле, из-за взаимных столкновений (почему-то с кораблями всегда сталкиваются глыбы, и никогдадруг с другом) все большие камни быстро станут маленькими.
В космосе никто не летает по прямой. Причина лежит в том, что Земля отнюдь не стоит на месте, а сам аппарат обычно сперва выходит на околоземную орбиту и только потом улетает в космос на вольные хлеба, имея, помимо второй космической скорости относительно Земли, ещё и инерционное движение по орбите всё той же Земли. Кроме того, он движется в гравитационном поле Солнца и планет, и «выпрямление» траектории потребовало бы постоянной работы корректирующих двигателей, то есть дополнительного расхода топлива. Разумеется, это нафиг никому не нужно.
Поэтому сейчас в основном с орбиты на орбиту переходят с помощью так называемой Гомановской траектории, суть которой заключается в использовании короткого импульса в определённых точках орбит (в простейшем случае это перицентр и апоцентр). На словах, разумеется, ни хрена не ясно, так что вот картинка:
1орбита Земли, 3орбита, скажем, Марса. С помощью первого импульса аппарат сходит с орбиты Земли в точке 2 и начинает движение по эллиптической траектории к орбите Марса. Достигнув её, он снова включает двигатели и с помощью второго импульса выпрямляет полёт в точке 3, переходя уже на орбиту Марса.
Однако у этого метода есть существенные недостатки, если мы говорим об экономически целесообразных космических полётах. Главный из них, это, разумеется, время. Полёт по такой траектории в случае Марса займёт около 9 месяцев в лучшем случае, для внешних планет это значение сильно увеличивается. Кроме того, необходимо учитывать расположение небесных тел друг относительно друга. Вот, например, как летел упомянутый выше зонд Dawn с ионными двигателями:
Как можно заметить, ему пришлось совершить почти два витка вокруг Солнца и гравитационный манёвр у Марса (не Юпитер, но тоже сойдёт), чтобы добраться до Весты, хотя прямое расстояние между Землёй и Вестой гораздо меньше. А потом и ещё половину, чтобы добраться к Церере, хотя опять-таки прямой путь куда короче. Ионные двигатели, конечно, разгоняют корабль, но чуда не делают (на схеме thrustэто участки с работающим двигателем, coastпассивный полёт). Космосон такой. Жестокий.
Нет, конечно, гомановская траекторияне единственный способ летать между планетами. Да и в случае мощного эффективного двигателя можно будет значительно сократить время перелёта, убрать ненужные витки и так далее. Но факт остаётся фактомлетать в космосе куда сложнее, чем обычно описывают фантасты.
Как летать далеко
Ответ на этот вопрос на сегодня можно легко заключить в одно-единственное слово. Вот оно:
Никак.
А теперь подробней.
Перенесём наши сады обратно на историческую родину. Туристы летят посмотреть на прославленные сады Альфа Центавры. На релятивистских скоростях. Я не буду снова называть реальность бессердечной сукойдумаю, очевидно, что и в этом случае такая характеристика ей более чем подходит. Каковы могут быть условия такого полёта?
Ответить на этот вопрос абстрактно трудновато: как инженер я предпочитаю работать с определённостью, в данном случаес чёткой моделью. Поэтому для примера я возьму корабль «Спаситель», на котором персонажи моей книги улетали с опустошённой ядерной войной Земли на ту самую Альфа Центавру, где потом разворачивались события романа. Корабль весил 200 тонн, в качестве топлива его двигатель использовал антиматерию (и по здравому размышлению в итоге я всё-таки заменил этот концепт на упомянутый в предыдущей главе гибрид термоядерного двигателя с катализатором из антипротонов), но это, в общем-то, неважнохоть антиматерия, хоть хреноптаниум. В такие дебри залезать пока не стоит.
А вот что стоит отметить: мой ковчег транспортирует не брёвна, а хрупкие тушки хомо сапиенс, среди которых закалённые лётчики-испытатели занимают далеко не самый большой процент. Пассажиры, их домашние животные, хрупкий багаж и сексапильные стюардессы вряд ли обрадуются высоким перегрузкам, так что максимальное ускорение, учитывая время разгона, не должно быть большим. Для простоты определим его в 1 g, т. е. равным земной силе тяжести.
Дальше никаких слов, только картинка:
Здесь шкала абсцисс (горизонтальная) время разгона в днях, шкала ординат (вертикальная) время полёта в годах. Налицо любопытный и почему-то не слишком очевидный фактчем большей дней разгоняется корабль, тем меньше выигрыша во времени даст каждый дополнительный день. К примеру, представьте себе, что вы разгонялись целый месяц, и тут капитан решил, что лететь слишком долго, и надо бы поразгоняться ещё недельку. Какой выигрыш во времени это даст?
Недурно. А теперь представьте, что разгонялись вы три месяца, и снова капитан решил оставить двигатели в работе ещё на недельку. Что тогда?
Так происходит из-за того, что хотя абсолютное значение ускорения остаётся прежним, его относительная величина постоянно падает. Для тех, кто ничего не понял: процентный прирост скорости с каждым днём становится всё меньше, со всеми вытекающими отсюда печальными выводами. А топливо-то тратится.
Из этого следует один очень простой фактнет никакого смысла даже пытаться разогнаться до субсветовых скоростей. С каждой секундой эффективность разгона падает, а потом в дело вступят ещё и весёлые проявления теории относительности, например, увеличение релятивистской массы корабля (и, соответственно, снижение ускорения при неизменной тяге). Чтобы разогнаться хотя бы до 0,5с за короткое время, нужно придать кораблю соответствующее ускорение, а это чревато нехорошими последствиями для организмов томящихся внутри людишек. То есть воспользоваться замедлением времени и прилететь на Альфа Центавру за шесть-семь лет в реальности очень невыгодно.
Но это не единственная преграда для путешественников. Разгоняться целый месяцэто хорошо, а вот сколько придётся потратить на это топлива? Сначала давайте посчитаем значение чистой кинетической энергии, которую придётся затратить на разгон и торможение. Расчётный срок достижения границ системы, скажем, 100 лет, тогда разгоняться и тормозить «Спасителю» придётся 15 дней. Зная его массу и финальную скорость, уже несложно определить кинетическую энергию, но бездушные джоули мало что скажут большинству читателей. Поэтому для наглядности я предположу, что мой корабль работает на биг-маках (510 килокалорий каждый), тогда для достижения Альфа Центавры при 100 % КПД двигателя ему потребуется 15,1 триллионов бигмаков. Если сложить их все в четырёхугольную пирамиду, она получится высотой в 2150 метров (для сравнения, пирамида Хеопсажалких 140). Примерно это равно трети мирового энергопотребления за 2016 год. В общем, тут всё понятно.
А что насчёт топлива? Тут надо понимать, что даже в случае установки на корабль вечного двигателя обойтись без расходного материала не получитсяв космос надо что-то выбрасывать, чтобы возникала реактивная сила. Вопрос упирается в удельный импульс, и когда дело касается численных характеристик гипотетических проектов, модель начинает буксоватьоценки эффективности того же ТЯРД есть самые разные. Какую из них братьне очень-то понятно.
Ну да ладно, мы ведь всё равно фантазируем.
Какую тягу нужно сообщить кораблю? Для ответа достаточно вспомнить старый добрый второй закон Ньютона: F = ma. Масса корабля равна 2*10e5 кг, ускорение, соответственно, 9,8 м/с^2. Тяги нужно аж 1,96 меганьютонов. Округлим до двух.
Тяга ионника VASIMR, указанная на официальном сайте Ad Astra Rocket5 Н. Таким образом, для придания моему кораблю нужного ускорения потребуется 392000 таких двигателей. По-моему, многовато.
Окей, давайте натягивать сову на глобусв конце концов, прогресс не стоит на месте, мало ли что в будущем придумают. Предположим, я использую ТЯРД, причём большой и хороший, или счетверённый, неважно. Короче, вся моя конструкция выдаёт тягу в 200 тонн, сообщая кораблю ускорение в 9,8 м/с^2. Удельный импульс25000 м/с, вдвое меньше, чем у VASIMR. Теперь у меня есть все нужные данные, но формулу Циолковского запускать рановато. Для начала давайте представим, что 200 тоннэто вся наша полезная нагрузка, а топливо ничего не весит и телепортируется на борт корабля прямиком из потустороннего измерения. Тогда можно будет прикинуть его количество в первом приближении. Вот оно: