Ученые наперегонки придумывают способы, которые позволят нам порхать по Вселенной. Но выглядят все эти решения пока достаточно экзотично
Солнечный парус
Солнечный парус — конструкция, близкая к земным корабельным парусам, только вместо ветра ей предстоит ловить потоки фотонов от звезды, фотонной пушки или от лазера. Потоки фотонов способны создавать некоторое давление, а оно, подобно земному ветру, может придавать импульс. Эта красивая идея была описана еще в 1920-е годы пионером отечественной космонавтики Фридрихом Цандером. Несомненный плюс в том, что такой аппарат может работать практически бесконечно долго, но есть и минусы. Главный в том, что использовать как основной двигатель солнечный парус нельзя. Давление потока фотонов падает с расстоянием от светила, а с ним и скорость. Единственный рабочий аппарат с солнечным парусом — зонд для изучения Венеры, запущенный Японским космическим агентством в 2010-м.
Электрический парус
Другой способ использовать Солнце — электрические паруса, движимые не фотонами, а ионами, выбрасываемыми солнечным ветром. Эту идею предложил в 2006-м Пекк Янхунен из метеорологического института в Финляндии, разработавший концепт паруса в виде ряда заряженных металлических тонких тросов. Электронная пушка на самом космическом аппарате ионизирует парус, что позволяет отталкиваться от одноименно заряженных ионов Солнца и двигаться в сторону противоположно заряженного тела. Первый спутник на электронном парусе — эстонский ESTCube1 покинул Землю в 2013 году. Минус в том, что электрический парус, по сути, даже менее мощный, чем солнечный, едва ли может претендовать на ведущую роль в звездолетах будущего. Но такие аппараты перспективны для изучения ближнего космоса — они легкие, экономичные и могут работать сколь угодно долго.
Энергия водорода
Космическое пространство заполнено крайне разреженным веществом, состоящим из водорода и гелия. Именно их и предложил использовать в качестве пополняемого топлива в 1960-м Роберт Бассард. Прямоточные межзвездные двигатели Бассарда работают как огромный космический пылесос, собирая из окружающей среды водород, который дальше используется в термоядерном синтезе. Собирать же космическое вещество предполагается мощным электромагнитным полем. Серьезное ограничение применения подобных двигателей связано с тем, что при захвате частиц на сверхвысоких скоростях происходит потеря импульса. Чтобы избежать этого эффекта, надо ограничить скорость корабля до 0,119 от скорости света (35 700 км/с). На такой скорости до ближайшей от нас звезды, Проксимы Центавры, лететь всего 35 лет. Однако термоядерный двигатель нужной мощности пока дело будущего.
Ионный двигатель
Еще со школы мы знаем, что КПД выше 15-20 процентов — удел избранных монстров из мира двигателей, а КПД в 60-80 процентов можно приравнять к запретному плоду древа технологий. Тем не менее именно такими характеристиками обладает ионный двигатель космического аппарата NASA Deep Space-1. Ионный двигатель — это особый тип электрического ракетного двигателя на реактивной тяге, создаваемой за счет ионизации инертного вещества высокоэнергетическим электрическим полем. Рабочим телом, как правило, служит аргон или ксенон, но можно использовать и ртуть.
Свою миссию Deep Space начал еще в 1998 году и завершил в 2001-м. Это был тестовый полет, инженеров интересовало поведение и характеристики нового двигателя в невесомости. Также аппарат сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, израсходовав при этом всего 74 кг аргона.
Межпланетный буксир
До Марса за 40 дней — именно столько времени потребуется по расчетам кораблю на плазменном ускорителе. Основной проектный двигатель носит название VASIMR (от Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket), в 2015 году компания Ad Astra Rocket выиграла 10-миллионный тендер на его постройку. Это электромагнитный плазменный ускоритель, концепцию которого предложил в 1979-м Франклин Чанг-Диас, астронавт и физик из Коста-Рики. Принцип действия основан на ионизации и нагреве рабочего тела радиоволнами с дальнейшим ускорением плазмы электромагнитными полями. Вырывающаяся из сопла двигателя плазма задает импульс кораблю. Инженеры рассчитывают использовать VASIMR для доставки грузов на Луну и Марс, пилотируемые полеты на таких кораблях пока не рассматриваются.
Со скоростью бозона
Скорость любого тела на реактивной тяге напрямую зависит от скорости испускаемых частиц. Крупные частицы, такие как ионы или молекулы, относительно медленны, поэтому сильно разогнаться на них не удастся. Чего нельзя сказать об элементарных частицах, движущихся на скоростях, близких к световым. Смелая идея двигателя на элементарных частицах принадлежит физикам из США Ронану Кину и Вей-мин Чжану. В основе технологии — аннигиляция элементарных частиц и антиматерии (столкновение частиц на околосветовых скоростях с выделением других, более мелких частиц). По расчетам физиков NASA, корабль с аннигиляционными двигателями можно разогнать до скорости в 70 процентов от скорости света. Ограничивает процесс создания такого аппарата только исключительная дороговизна топлива: один грамм позитронов стоит 25 млн долларов.