В фильме «Отроки во Вселенной» (1974) советские школьники летали на фотонной ракете «ЗАРЯ». Тогда это казалось сказочной фантастикой. Сегодня по прошествии более 50 лет ясно, что это сказочная фантастика по-прежнему. Сроки исполнения прогнозов и ученых сдвигаются . Но мечта — остаётся!
Сбудется ли она? Возможно. Если мы решим загадку антивещества, создадим материалы будущего и найдём гипер-источник энергии. А пока — это самая красивая из «невозможных» технологий, напоминающая, что космос покоряется не только расчетам, но и дерзости. Как писал Станислав Лем: «Фотонная ракета — это мост между физикой и мифом. И мы только ступили на него»…
Источник — freepik.com
Содержание:
За гранью воображения
Представьте космический корабль, который разгоняется почти до скорости света, двигаясь импульсом другого света. Звучит как магия из «Звездных Войн»? Это технология фотонного двигателя. Но почему о нем говорят лишь ученые да фантасты, а Илон Маск строит гигантские химические ракеты? Ответ прост: на сегодня это не просто сложно — это запредельно.
Как это работает? Проще, чем кажется
Фотоны — невидимые частицы света, не имеющие массы, но обладающие импульсом. Их излучение, сконцентрированное в единый «пучок» способно создать мощную реактивную струю, которая и будет движителем для космического корабля. Принципиально такой фотонный движок должен состоять из двух составных частей: источник света: здесь могут быть мощные лазеры или реакция на основе аннигиляции вещества и антивещества (их столкновение превратит массу в чистую энергию — вспышку фотонов). реактивное сопло с гигантским зеркалом, которые сфокусируют фотоны в узкий луч. Чем мощнее поток, тем сильнее будет тяга.
Изображение из открытых источников
Почему это революционно (только сухие цифры):
Скорость истечения фотонов близка к скорость света. Для сравнения: у химических двигателей — до 5 км/с, у ионных — 100 км/с;
Теоретический предел эффективности: аннигиляция превращает 100% массы топлива в энергию (у ядерных реакций — лишь 0.6%);
Межзвёздные перелёты за разумное время: до Проксимы Центавра — за 10–20 лет вместо десятков тысячелетий.
Проклятие антиматерии
Антивещество — это теоретическое топливо для фотонного двигателя. Оно превращается в чистую энергию, давая кораблю невероятную тягу. Но здесь начинается настоящая драма, и она разворачивается в трех ключевых моментах.
Во-первых, антивещество — это топливо из «кошмаров». Его почти невозможно получить в нужных количествах: в ЦЕРНе за годы работы производят лишь нанограммы. А хранить его ещё сложнее — при малейшем контакте с обычной материей оно аннигилирует, превращаясь в энергию. Чтобы удержать его, нужны магнитные ловушки, стоимость которых сравнима с бюджетом небольшой страны. Даже если удастся создать достаточно антивещества, его эффективность окажется под вопросом: при аннигиляции лишь 30% энергии станет полезными фотонами, а остальное превратится в нейтрино и другие частицы, которые просто могут разорвать корабль на части.
Во-вторых, зеркало, способное отражать гамма-лучи от аннигиляции, пока не существует. Оно должно быть идеальным, абсолютно прочным — но таких материалов просто нет. Даже вольфрам, один из самых тугоплавких металлов, мгновенно испарится под таким излучением.
Наконец, фотонный двигатель требует колоссальных энергозатрат. Для полета к ближайшим звёздам понадобится столько энергии, сколько всё человечество вырабатывает за столетия. Даже если каким-то чудом решить проблему антивещества, КПД преобразования этой энергии в полезную тягу останется ничтожно малым.
Создать фотонный двигатель — все равно что собрать вечный двигатель из деталей детского конструктора «лего», помещённых в микроволновку. Теоретически возможно, но на практике всё расплавится раньше, чем ты закончишь сборку.
Источник — freepik.com
Мечта, опередившая время
Фотонный двигатель — технология, которая бросает вызов самой природе. Он обещает космические путешествия на скоростях, близких к световым и открывает двери к звёздам. Но пока что эти двери заперты на три тяжёлых замка: антиматерию, которую почти невозможно добыть, зеркала, которые невозможно создать, и энергию, которую невозможно накопить.
Можно ли преодолеть эти барьеры? Теоретически — да. Практически — человечеству еще предстоит совершить десятки прорывов в физике, материаловедении и энергетике.
Пока же фотонный двигатель остается великой мечтой, которая вдохновляет ученых, но не спешит становиться реальностью. Илон Маск часто повторяет: «Будущее наступит, но нельзя ждать его сложа руки». Возможно, именно так и стоит смотреть на фотонный двигатель — не как на несбыточную фантазию, а как на далекую, но достижимую цель.
Авторский канал в телеграмм
Источник: pikabu.ru