Беседа с доктором технических наук К. СТАНЮКОВИЧЕМ
Странное существо перевело взгляд вверх. На его глубоко спрятанные под огромными надбровными дугами глаза лег слабый отблеск далекой мерцающей звездочки. В этот момент там, в огненном вихре звезды, родился и скользнул в пространство «кусочек света» — фотон.
Тянулась минута, другая; прошел час, месяц, год, летели столетия, тысячелетия, летел во вселенной луч света… И вот, наконец, луч достиг Земли. Его встретил широкий объектив телескопа, к окуляру которого приник потомок того странного существа.
Таковы звездные расстояния. Неужели они непреодолимы для человека?
Астрофизики давно уже пришли к выводу, что многие из звезд имеют, подобно Солнцу, свои планетные системы. Но узнать более подробно, что представляют собой эти планеты (которых, понятно, нельзя увидеть), каково их строение, есть ли на них жизнь невозможно с Земли. Только полет в окрестности ближайших к нам звезд поможет выяснить эти вопросы.
«Как будут люди в будущем совершать такие полеты? Каким средством передвижения придется им воспользоваться?»— с этими, а также с рядом других вопросов редакция обратилась к доктору технических наук профессору К. П. Станюковичу.
* * *
Вопрос. Скажите, профессор, можно ли использовать обычную ракету для полета к звездам?
Ответ. За последние 20–30 лет человечество, преодолевая величайшие трудности, научилось поднимать на высоту около 400 км жидкостные составные ракеты. Однако пока скорость таких ракет слишком мала — не более 3 км сек. Даже для запуска искусственного спутника необходимо иметь скорость 8 км сек. Она может быть достигнута с помощью составных ракет, последовательно включающих свои двигатели, — так называемых многоступенчатых ракет, причем для трехступенчатой ракеты скорость 8 км сек является, очевидно, пределом.
Многоступенчатые жидкостные ракеты позволят осуществить только первый шаг в овладении космосом. Видимо, на таких ракетах будут предприняты полеты на Луну, может быть на Марс и Венеру. Достижение более далеких планет, а тем более звезд, уже будет чрезвычайно затруднительным.
Вопрос. Может быть, осуществить полет к звездам позволит атомный ракетный двигатель?
Ответ. Атомная ракета сможет развить скорость уже в несколько десятков километров в секунду, но вряд ли в несколько сотен километров в секунду. Почему?
Я полагаю, что использовать продукты деления атомных ядер в обычной атомной ракете будет невозможно. Ведь толчок, или, как говорят, количество движения, которое получает ракета, зависит не только от скорости выбрасывания газов из ее сопла, но и от количества, от массы этих газов. Это можно сравнить с ударом молотка: сила удара зависит не только от скорости, с какой падает молоток, но и от веса молотка.
Увеличить массу выбрасываемого вещества можно, если нагревать в ядерном реакторе какой-либо газ или металл. Потом этот нагретый газ или пары металла расширятся в сопле и с огромной скоростью вылетят из ракеты. Ракета получит сильный толчок.
Однако и здесь нас подстерегает опасность: для создания очень большой скорости выброса газов надо нагреть их слишком сильно, чего не выдержат части ракеты. При температурах, которые выдержат и стенки и сопло ракеты очевидно, можно добиться скорости выброса газов 8-10, может быть 15 км в секунду. А это уже позволит слетать и на внешние планеты Солнечной системы.
Сравнительно недавно, во времена Циолковского, Обберта, Годдорта, полет на Луну казался большинству людей фантазией. Теперь мы видим, что недалеко время свершения этой смелой фантазии. Однако к звездам, даже на атомной ракете мыслимой сегодня конструкции не улетишь!
Вопрос. Мы слыхали, профессор, что для полета к звездам ученые предполагают использовать фотонную ракету. Что это за ракета?
Ответ. Вы видите сами, что ни обычная, ни атомная ракета не способны унести человека к далеким мирам. Их скорости слишком малы. Даже летя со скоростью 100 км/сек, мы долетим до ближайшей к солнечной системе звезды Альфа из созвездия Центавра только за 10 тыс лет. Долговато!
Свет же от этой звезды идет до Земли всего около 4 лет. Вот если бы мы смогли лететь со скоростью, близкой к скорости света! какие возможности открылись бы тогда для исследования! Но какой двигатель сможет мчать ракету с такой скоростью?
Идея такого двигателя уже есть. Ее подал немецкий ученый Зенгер, предположивший воспользоваться… светом для достижения скоростей, близких к его скорости! Как же будет использован свет в качестве рабочего вещества?
Из школьной физики всякий знает, что свет — это один из видов электромагнитных волн. Только волны, применяемые в радиотехнике, имеют длину от нескольких километров до нескольких миллиметров, а длина световых волн измеряется миллимикронами.
Но ведь свет вместе с тем — это поток мельчайших частиц материи — фотонов, испускаемый веществом при различных реакциях. Значит, свет — одна из форм движущейся материи. А раз свет материален, то он производит давление на тела. Величина этого давления слишком мала, чтобы мы смогли его заметить в обычных условиях. Мельчайшая пылинка, севшая на оконное стекло, давит на него сильней, чем солнечный луч.
И все же существование этого ничтожного в обычных условиях давления удалось доказать и измерить знаменитому русскому физику П. Н. Лебедеву. Его тончайшие, «ювелирные» опыты в 1899 и 1909 годах блестяще подтвердили гениальную догадку Кеплера. Еще в 1619 году Кеплер пытался объяснить отклонение хвостов комет давлением солнечных лучей.
Теперь представим себе сверхмощную лампу, снабженную рефлектором. Лучи света падают на рефлектор и отражаются от него. При этом они давят на рефлектор. Такая лампа с рефлектором, подвешенная свободно в пространстве, и будет моделью фотонной ракеты.
В одну сторону будет выбрасываться узкий пучок света, отраженный от рефлектора, а в другую сторону вместе с лампой начнет двигаться рефлектор, на который давит свет. Источники света, которые имеются сейчас в нашем распоряжении, слишком слабы, и мы не замечаем давления света, а в будущем мы сумеем, безусловно, создать такие мощнейшие источники света, которые помчат огромные космические корабли.
Мощный луч света давит на крылышко крутильных весов и поворачивает их, закручивая нить.
Вопрос. А чем же будет создаваться такой сильный световой поток?
Ответ. В 1905 году ученый мир был потрясен появлением небольшой книжечки, автором которой был швейцарский инженер Альберт Эйнштейн. В этой работе были изложены первые основы теории относительности, одним из выводов которой является эквивалентность массы и энергии.
Энергия (Е), как гласит математическая формула, выведенная Эйнштейном, равна массе (m), умноженной на квадрат скорости света (с):
E = mc 2
При выделении из вещества энергии общая масса вещества уменьшается. Это уменьшение, называемое дефектом массы, особенно заметно при ядерных реакциях, которые, как известно, сопровождаются выделением огромных количеств энергии. Так, в ходе реакций распада ядер урана дефект маccы составляет всего 0,05 %, то-есть при выделении энергии масса уменьшается всего на 1/2000 долю.
Несколько больше дефект массы при термоядерных реакциях. Например, при слиянии ядер водорода в ядра гелия. Но и в этом случае он составляет всего 0,09 %.
Физика ядерных превращений делает свои самые первые шаги. Возможно, что будут открыты ядерные превращения, при которых дефект массы будет приближаться к 100 %. Когда мы научимся производить такие превращения, тогда станет возможной постройка фотонной ракеты. Большое зеркало, помещенное внутри ракеты, сконцентрирует в один луч мощный поток вылетающих из реактора фотонов и отразит их в пространство. При этом давление света на зеркало будет настолько большим, что сможет сдвинуть с места и придать огромную скорость большому сооружению — фотонной ракете. Луч света станет рабочим веществом.
Вопрос. Трудно ли будет построить эту ракету?
Ответ. Конечно, трудности постройки подобной ракеты огромны. При реакции разовьется очень высокая температура. Ракету нужно будет делать очень большой, зеркало помещать на большом удалении от экипажа, а процесс получения энергии совершать постепенно и плавно. Тогда, как показывают расчеты, можно будет при давлении света всего в несколько атмосфер в течение долгого времени, которое будет исчисляться неделями или месяцами, поддерживая постоянный приток энергии и постоянное давление, постепенно разогнать фотонную ракету до скорости около 250–290 тыс. км сек. А это значит, что подобная ракета долетит до Альфа Центавра за 5 лет и через 10 лет вернется обратно.
Могут спросить: а разве ракету на обычном горючем нельзя постепенно разогнать до такой скорости? Конечно, нет. Для этого пришлось бы отправить ракету с массой, равной Луне, чтобы до звезды долетела крупинка.
Сейчас, когда на наших глазах сбывается «фантазия» Циолковского, можно думать, что и эта «фантазия», может быть даже в не очень далеком будущем, будет осуществлена и полет к ближайшим звездам станет возможным.
* * *
На 4-й странице обложки журнала показано устройство «светового двигателя» фотонной ракеты: сопло для выхода светового луча (1), корпус ракеты (2), реактор (3), рефлектор (4), слои защитного материала (5).
Это не завтрашний — это послезавтрашний день науки и техники.
* * *
— Эврика! — вскричал Верхоглядкин после трехминутных, но мучительных поисков идеи. — Мы сделаем автоматическую комнату на атомной энергии!
— Как? — переспросил Боба — На атомной? Но это опасно…
— Возможны жертвы! — сказал Верхоглядкин.
— Идет! — решил Белоручкин. — Мы будем переоборудовать твою комнату.
(См. стр. 23.)