Такими у різний час бачилося майбутнє міжзоряних подорожей

В 1973 році Британське міжпланетний суспільство — перша і найстаріша організація, метою якої були заявлені виключно космічні дослідження, розвиток і підтримка космонавтики, — запустила масштабний п'ятирічний проект з пошуку і створення найбільш перспективного дизайну безпілотного космічного апарату, призначеного для міжзоряних подорожей. Першим серед запропонованих рішень став «Дедал». Даний план виглядав ще більш амбітним і ставив ключовою метою пошук можливості для пілотованих подорожей до різних зірок з прицілом використання технологій найближчого майбутнього.

Термоядерну прискорення

Як досягти потрібної швидкості, накопичити достатній обсяг енергії і при цьому не спалити космічний апарат і знаходяться на його борту, дотла? Завдання не з простих. Команда проекту «Дедал» прийшла до вирішення короткочасного використання ядерної прискорення, яке дозволило б подолати подібні труднощі. Запропонована система працювала приблизно таким чином: усередині параболічних магнітних полів, розташованих позаду космічного корабля, будуть проводитися невеликі термоядерні вибухи, чия енергія буде прискорювати космічний апарат з максимально можливим рівнем ККД.

Звичайно, для реалізації міжзоряних подорожей потрібно спершу придумати, як розігнати космічний апарат до швидкості понад 10 000 кілометрів на секунду. Але це лише частина проблеми. Друге питання в тому, хто в такому випадку буде керувати кораблем? У якості ймовірного рішення розглядалася можливість використання незалежної системи автопилотирования. В якості палива для реакторів пропонувалося використовувати ізотоп гелій-3, який можна добути в атмосфері Юпітера або прямо на поверхні Місяця.

В кінцевому підсумку в остаточному звіті 1978 року було голосно заявлено, що міжзоряні перельоти дійсно можливі, але до створення робочого прототипу інженери так і не приступили.

Тим не менш назвати проект «Дедал» нездійсненною мрією було б передчасно. Численні звіти говорять про те, що сучасні космічні агентства та університети світу продовжують вивчення ідей використання ядерної енергії як рушійної сили космічних апаратів, закладених ще проектом «Дедал» понад 30 років тому.

Проект «Ікар»

Члени Британського міжпланетного товариства і фонд Tau Zero в 2009 році приступили до проекту «Ікар», мета якого полягає в теоретичній оцінці можливості створення космічного апарату з термоядерним двигуном, призначеним для міжзоряних подорожей. Згодом результати роботи можуть перетворитися на проектування непилотируемой космічної місії.

У проекті брали участь понад 20 науковців та інженерів. Їх завданням була спроба спроектувати рухову установку, засновану на термоядерної реакції і здатну забезпечити розгін корабля до 10-20% від швидкості світла. По суті, в основу «Ікара» ліг проект «Дедал», але надалі «Ікар» повинен був стати самостійним проектом, лише з дуже незначним запозиченням елементів «Дедала». «Ікар» планувалося завершити ще в 2014 році, але робота триває. У даний момент організатори шукають добровольців, які змогли б його завершити.

«Світловий парус»

Планетарне суспільство запустило проект під назвою «Світловий парус» (LightSail) для вивчення можливості розробки космічного апарату, який працює повністю на сонячній енергії і ускоряемый виключно сонячним світлом. Після декількох невдалих спроб програми LightSail 1 в 2015 році все ж вдалося успішно завершити пробний запуск і розкриття сонячного вітрила. Новий варіант сонячного вітрила, LightSail 2, планується вивести на орбіту Землі за допомогою ракети SpaceX Falcon Heavy в 2018 році.

Концепт використання сонячного вітрила в якості рухової системи далеко не новий. Ще з відкриттям перших фотонів такі астрономи, як Йоганн Кеплер, ще в 1600-х роках почали мріяти і теоретизувати на тему можливості збору сонячної енергії і переводу її у імпульс для наділення іншого об'єкта прискоренням.

Сучасні вчені не втратили цього бажання. Взяти хоча б Стівена Хокінга і його проект під назвою Breakthrough Starshot. В рамках свого недавнього перебування в Норвегії Хокінг розповів про те, як невеликий космічний зонд зміг би «подорожувати верхи на промені світла» зі швидкістю близько 160 мільйонів кілометрів на годину. Зрозуміло, як і будь-амбітний проекту, Breakthrough Starshot доведеться спочатку подолати і не менш амбітні проблеми, перед тим як щось може вийти.

Міжзоряний прямоточний двигун Бассарда

У 1960-му році американський фізик Роберт Бассард представив концепт міжзоряного космічного апарату, здатного пересуватися з неймовірною швидкістю. В його основі лежить система, здатна виробляти захоплення речовини міжзоряного середовища (водню і пилу) і використовувати його в якості палива в термоядерному двигуні корабля.

Згідно з розрахунками Бассарда, двигуну для роботи потрібно паркан міжзоряної речовини з площі, що дорівнює майже 10 000 квадратних кілометрів. Для цього, в свою чергу, буде потрібно використання електромагнітного (електростатичного іонного) збирає колектора величезного діаметру і надзвичайно великої напруженості поля. Подальший аналіз, тим не менш, показав, що маса зібраного речовини була б в цьому випадку все однонастільки низькою, що це ставило б під сумнів ефективність системи.

Ракети на антиматерії

Використання ізотопів водню в якості палива для ядерної реакції і виробництва необхідної тяги для міжзоряних подорожей стало нездійсненною мрією. Новим напрямком розвитку були обрані ракетні прискорювачі на антиматерії, де взаємодія між звичайною матерією і антиматерией викликає анігіляцію обох і створює при цьому колосальний рівень енергії.

Якщо уявити можливість спрямованого випуску величезного обсягу цієї енергії, то створюваний енергетичний вибух, викликаний взаємної анігіляцією стикаються між собою атомів, можна було б використовувати в якості робочого тіла для руху космічного апарату. Однак ми поки далекі від можливості провести такі випробування в реальних умовах.

Крім того, використання антиматерії в якості палива для ракетних двигунів буде накладати цілий ряд обмежень: по-перше, в результаті реакції буде створюватися неймовірно високий рівень гамма-випромінювання; по-друге, складно отримати достатній обсяг антиматерії; і по-третє, стає досить обмеженим обсяг можливої корисного навантаження, яку можна взяти з собою.

Тим не менш Інститут розробки перспективних концептів NASA вклав кошти в дослідження ймовірності створення космічного апарату на антиматерії, який буде позбавлений принаймні першої вищезазначеної проблеми. На думку дослідників, якщо використовувати в якості основного елемента антиречовини позитрони (античастки електронів), то енергетичні показники гамма-променів будуть набагато нижче.

Ще одне дослідження дозволяє вирішити другу проблему в списку, шляхом використання так званого вітрила на антиматерії. Автором цього концепту є Геральд Джексон, колишній фізик компанії Fermilab. Джексон запропонував провести кампанію по збору коштів на майданчику Kickstarter. Для створення і перевірки робочого прототипу було необхідно близько 200 000 доларів. Однак фактична сума реалізації і впровадження цієї технології потребує, зрозуміло, набагато більших фінансових витрат.

Концепт космічного корабля IXS ENTERPRISE

Аерокосмічне агентство NASA запропонувало свій варіант «стартрекоподобного» космічного корабля з можливістю варп-прискорень в 2016 році. На представлених фотографіях можна без зусиль розгледіти деталі корабля USS Enterprise з культової киновселенной. Творець концепту Марк Родмейкер поділився в інтерв'ю Washington Post про те, що метою даної роботи було надихнути молодих людей вибрати кар'єру інженера з розробки космічних апаратів.

Згідно концепту даного проекту, корабель IXS Enterprise використовує ядерну реакцію і антиматерію для переміщення у просторі, а варп-двигун. Великі кільцеподібні структури навколо корабля створюють «варп-міхур», який скорочує обсяг енергії, необхідний для роботи варп-двигуна.