Выхлоп от этих химических реакций был достаточен для достижения Луны, но этот подход просто нецелесообразен для межзвездных путешествий. Проксима Центавра в 100 миллионов раз дальше Луны: керосиновые баки, необходимые для ее достижения, были бы огромными!

Рис. 4.1 110-метровый космический корабль «Аполлон–11» был запущен со стартовой площадки A стартового комплекса 39 Космического центра Кеннеди в 09:32 16 июля 1969 года. На борту находились астронавты Армстронг, Олдрин и Коллинз. Этот аппарат, первым доставивший людей на другой мир, был бы непрактичен для межзвездных путешествий. (Источник: NASA)

Тем не менее, возможно использование вариаций на эту тему. На протяжении десятилетий ученые рассматривали различные альтернативы химическим ракетам. Ионная ракета, например, выбрасывала бы заряженные атомы для создания тяги; ракета на ядерном синтезе генерировала бы высокоскоростной выхлоп частиц с помощью управляемых термоядерных реакций. Возможно, самая смелая возможность — это антиматерийная ракета, впервые предложенная в 1953 году Ойгеном Зенгером.[109] Когда частица материи вступает в контакт со своей античастицей, и частица, и античастица взаимно аннигилируют и производят энергию. Правильно выберите исходные частицы, и, возможно, удастся направить продукты аннигиляции в направленный выхлоп. Хотя дальнейший анализ показал, что первоначальная конструкция Зенгера не могла быть успешной, достижения в физике антиматерии, сделанные в последние десятилетия, стимулировали предложения, которые однажды могут привести к созданию антиматерийной ракеты.

Термоядерные прямоточные двигатели

Сама концепция использования автономной ракеты, которая должна нести источник энергии и полезную нагрузку, может быть неуместна при размышлении о межзвездных путешествиях. Было бы гораздо эффективнее использовать двигательную установку, которая не требует от корабля нести собственное топливо. В 1960 году Роберт Бассард предположил, что термоядерный прямоточный двигатель[110] может проложить путь к звездам. Пространство между звездами далеко не пусто: существует межзвездная среда, состоящая в основном из водорода. Прямоточный двигатель использовал бы электромагнитное поле для сбора этого водорода и направления его в бортовой термоядерный реактор, который, в свою очередь, «сжигал» бы водород в термоядерных реакциях для создания тяги. Как и в случае с конструкцией антиматериальной ракеты Зенгера, предложение Бассарда о термоядерном прямоточном двигателе страдает от множества практических трудностей, и маловероятно, что первоначальная идея могла бы быть реализована. Тем не менее, несколько исследований предложили методы усовершенствования конструкции. Возможно, одна из этих конструкций в конечном итоге сможет лечь в основу действующего звездолета. Энтузиастов по-прежнему привлекает возможность прямоточного двигателя, потому что теоретически он мог бы достичь скоростей, близких к c, всего за несколько месяцев.

Лазерные паруса

В 1970-х годах американский физик Роберт Форвард начал рассматривать[111] возможность использования лазерного паруса как средства достижения ближайших звезд. Представьте себе огромный «парус», прикрепленный к космическому кораблю, и представьте гигантский лазер на солнечной энергии, направляющий узкий луч излучения на корабль. Фотоны из луча оказывали бы крошечное давление на парус, и корабль мягко подталкивался бы к звездам. Лазерный парус мог бы разгоняться до чрезвычайно высоких скоростей; торможение было бы сложнее, хотя механизмы замедления были предложены. Идея Форварда была усовершенствована за последние десятилетия, и энтузиасты разработали схемы[112] использования лазерных парусов как для односторонней колонизационной миссии, так и для путешествия к звездам и обратно. Парус был бы дорогим[113] по крайней мере, с нашим нынешним уровнем технологий, но он кажется технически осуществимым и позволил бы достичь скоростей 0,3c.

Рис. 4.2 На этой красивой картинке показан космический лазер на солнечной энергии, фокусирующий луч на огромных легких парусах космического корабля. (Источник: Майкл Кэрролл, Планетарное общество)

Здесь стоит упомянуть вариант идеи паруса. Это не имеет никакого отношения к лазерной энергии, и его могли бы разработать только цивилизации KII или выше, но это подчеркивает мощь парусов. Двигатель Шкадова, или звездный двигатель, это гигантское массивное зеркало[114], отражающее большую часть радиационного давления звезды. Поскольку звезда будет излучать больше радиации в одном направлении по сравнению с другим, возникнет крошечная чистая тяга. Двигатель Шкадова не привлек бы любителей погонять среди внеземных цивилизаций: двигатель, использующий звезду типа Солнца в качестве источника, разогнался бы с 0 до 20 км/с за миллиард лет. Но если цивилизация столкнулась с экзистенциальным риском или просто захотела переехать, то (если удастся решить определенные проблемы динамической устойчивости) двигатель мог бы сработать для них: они могли бы переместить звезду на 34 000 световых лет за миллиард лет.

Гравитационные маневры

В 1958 году Станислав Улам рассмотрел возможность разгона корабля до высокой скорости с использованием его гравитационного взаимодействия с системой двух гораздо более крупных астрономических тел, вращающихся вокруг друг друга. Это был трюк, похожий на траектории гравитационного маневра, которые дали «Вояджеру–1» достаточную скорость, чтобы покинуть Солнечную систему. Несколько лет спустя Фримен Дайсон рассмотрел более реалистичные — хотя все еще, конечно, гипотетические — сценарии. Используя подход Дайсона, продвинутая технологическая цивилизация могла бы использовать две вращающиеся нейтронные звезды для разгона космических кораблей почти до скорости света.[115]

Необычная физика

Вышеупомянутые технологии основаны на устоявшейся физике. Строительство звездолетов с использованием этих идей, конечно, далеко за пределами наших нынешних возможностей; действительно, инженерные соображения могут сделать невозможным практическое строительство звездолетов. Но, похоже, с этими идеями в теории все в порядке. Они не нарушают никаких физических законов.

Многие годы люди задавались вопросом, возможно ли когда-нибудь путешествовать действительно быстро. Если бы мы могли путешествовать со скоростями, превышающими с, то звезды уже не были бы мучительно далеки. Путешествия быстрее света (Faster-than-light — FTL) приблизили бы концы Галактики. Почти все идеи для путешествий FTL можно сразу же отбросить, поскольку они явно нарушают установленные физические принципы. Однако несколько предложений все еще иногда обсуждаются.

Тахионы

Специальная теория относительности не запрещает абсолютно сверхсветовые путешествия. Скорее, она утверждает, что массивные частицы не могут быть ускорены до скорости света, в то время как безмассовые частицы (такие как фотоны) всегда движутся со скоростью света. Частицы с мнимой массой всегда должны двигаться быстрее скорости света. Такие частицы с мнимой массой называются тахионами.

Нет ничего особенно необычного в мнимых величинах: мы представляем несколько физических величин мнимыми числами. Но трудно понять, что представляет собой мнимая масса. У нас нет проблем с пониманием идеи положительной массы; также нет никаких трудностей с идеей нулевой массы; мы даже можем приписать значение отрицательной массе[116] (и заметить, что, если бы отрицательная масса существовала, мы могли бы использовать ее