За пределами Земли. В поисках нового дома в Солнечной системе - Чарльз Уолфорт

Электрическая двигательная установка успешно работала на аппарате NASA под названием «Рассвет» (Dawn), запущенном в 2007 г.; используя солнечную энергию, он добрался до пояса астероидов и вышел сначала на орбиту вокруг астероида Веста, а затем — вокруг карликовой планеты Церера. Заряженные до 1000 В решетки в задней части двигателя выталкивали ионы ксенона со скоростью 145 000 км/ч. При очень экономном расходе ксенона эта система создавала тягу, равную весу листа бумаги на Земле, и ускоряла «Рассвет» настолько постепенно, что от 0 до 100 км/ч он разгонялся лишь за четыре дня. Но суммарно за 10 лет аппарат набрал 39 000 км/ч. Ионный двигатель толкал его так быстро при такой малой мощности отчасти благодаря высокой эффективности, десятикратно превышающей эффективность обычной ракеты.

Но, как и ракета на химическом топливе, ионный двигатель в конце концов истратит рабочее тело. Когда ксенон заканчивается, двигатель перестает работать. Вот почему Q-двигатель, над которым работает Сонни, — такая привлекательная идея. Он черпает рабочее тело из пространства, поэтому оно никогда не заканчивается.

Для того чтобы понять эту идею, нужно совершить экскурс в квантовую механику, которую почти никто не понимает (может статься, что и вовсе никто). Квантовая механика — это странная физика вопросов вроде «Из чего состоит свет — из волн или частиц?» и «А где именно находится этот электрон и какова его скорость?». В обоих случаях физики говорят, что ответ не определен и неопределим в каждом конкретном случае. Точное положение и импульс субатомной частицы имеют принципиально вероятностную природу, они не являются строго определенными фактами. И все мы состоим из этих частиц.

Вселенная — собрание вероятностей. Крохотные вероятности складываются в крупные объекты, которые мы воспринимаем как реальные и интуитивно ощущаем вещи существующими в определенном месте и времени, движущимися с определенным импульсом, но в основе своей они не такие. Из-за того, что наш взгляд на мир вступает в противоречие с квантовой механикой, многие прогнозы на основе этой теории кажутся невероятными: например, способность материи появляться из ниоткуда и исчезать в никуда без видимой причины. Но реальность этих кажущихся невозможными явлений была экспериментально подтверждена.

Возникновение материи из ничего называется квантовой флуктуацией вакуума. В нашей вероятностной Вселенной виртуальные частицы постоянно появляются и исчезают даже в полном вакууме, просто потому что существует малый шанс того, что это произойдет. Q-двигатель Уайта будет использовать эти частицы в качестве рабочего тела вместо ксенона. Энергию для двигателя будет по-прежнему производить ядерный реактор или солнечные батареи, но рабочее тело, выбрасываемое назад, будет даровым, поступающим прямо из пространства. Виртуальные частицы из вакуума, присутствующие в камере двигателя, будут ускоряться электрическим полем. Q-двигатель использует то, что уже есть (или потенциально может присутствовать) в камере так, как моторная лодка использует воду, а реактивный самолет — воздух.

Уайт испытал вариант этого устройства в Космическом центре имени Джонсона в 2014 г.; при малых затратах электричества была зарегистрирована крохотная тяга[70]. Хотя двигатель был так слаб, что тягу можно было измерить лишь сверхчувствительным оборудованием, эффективность системы[71] была в шесть или семь раз выше, чем у ионного двигателя.

«С его помощью нельзя подняться в воздух», — говорит Уайт. Но можно построить большой Q-двигатель, потребляющий мегаватты энергии ядерного реактора, и его эффективность окажется решающей в вопросе дальнего космического путешествия. «Система такого типа революционна по сравнению с тем, что мы делали раньше. С ней миссия на Сатурн уже не кажется такой пугающей».

Результаты все еще проверяются. Феномен должна рассмотреть другая лаборатория, используя другое измерительное оборудование. Тяга крайне слабая, ведь виртуальные частицы редки, их мало, но с этим можно справиться с помощью математического аппарата современной физики. Количество виртуальных частиц, возникающих в пустом пространстве, зависит от его энергетического состояния. Привнесение в вакуум массы повышает энергию и число появляющихся частиц. В двигателе Сонни число виртуальных частиц на 14 порядков выше, чем в пустоте; это переход от числа, едва отличимого от нуля, к числу все еще невероятно малому, но уже достаточно большому, чтобы эта идея сработала. (В лучшем случае, чтобы набрать 1 кг материи, нужно 10 000 км3 пространства.)

Мы намеревались развивать сценарий колонизации Титана, не прибегая к фантазиям для спасения нашей надежды. Q-двигатель — это лучшее, на что мы можем надеяться. Несмотря на то что эта технология едва родилась, она, по-видимому, работает. По мере роста нашего понимания мы сможем все более полно использовать законы физики при всем их кажущемся безумии.

«Именно спекулятивная физика, если мы разберемся в ней, может оказаться очень полезной для достижения целей вроде Сатурна, — говорит Уайт. — Мы рассматриваем все возможные варианты».

Будущее

И вот корабль, наконец, готов. Мир следит за его отбытием с надеждой и трепетом. Буксир выводит корабль из космического дока. Аппарат выглядит странно, большие кольца его Q-двигателя готовятся развернуться вокруг центрального жилого модуля, сконструированного максимально легким и вмещающего шестерых астронавтов, припасы и спускаемый модуль, который доставит их с орбиты на поверхность Титана. Корабль рассчитан на полет в один конец; он станет орбитальной станцией, поддерживающей колонию: его ядерный реактор будет запасным источником энергии для перезарядки батарей роботов и прочего оборудования.

Трое мужчин и три женщины пяти национальностей уже стали друзьями. Они годами тренировались вместе. Они знали, что вместе проведут всю оставшуюся жизнь, какой бы долгой она ни была. Они готовились обживать Титан, но их ждал полет на совершенно новом космическом корабле, по сути, не прошедшем испытаний, через миллионы километров, и рассчитывать на помощь с Земли не приходилось. Они оставляли позади свои семьи, родные места, яркое солнце Земли, ее теплый воздух и все, что было им знакомо.

И они не представляли, куда направляются. Они видели фотографии и данные, присланные роботами, но они не знали, каково будет там жить, смогут ли они выжить в холоде, тьме, в отсутствие атмосферного кислорода и жидкой воды. Им предстояло строить новые механизмы, чтобы сохранить себя. Им предстояло положиться на то, что их машины, их тела и их умы смогут работать в этом странном месте.