Космические движители для фантастических миров ближнего прицела. Часть 2.

В этой статье я попробую перечисли известные нам двигатели и примерим их на космические корабли. Я сознательно рассматриваю двигатели, которые понятны современным ученым и инженерам теоретически. Не все из них, впрочем,  имеют реальный практический смысл. 

Представьте себе мир, где расстояния измеряются не километрами, а астрономическими единицами — каждая из них равна 150 миллионам километров, дистанции от Земли до Солнца. И даже в этих масштабах наша Солнечная система остаётся непостижимо огромной, полной загадок и ресурсов, которые ждут своих первооткрывателей.

От Урана — ледяного гиганта (19 А.Е.)
Долететь сюда — всё равно что совершить 19 кругосветных путешествий вокруг Солнца. Уран, окутанный метановой дымкой, хранит в своих недрах океаны жидкого алмаза и льда, а его спутники, возможно, скрывают подлёдные моря. Это не просто холодный мир — это кладезь экзотических элементов и ключ к пониманию формирования планет-гигантов.

🪐 До Плутона — врата в неизведанное (39.5 А.Е.)
За орбитой Нептуна, в царстве вечной темноты, Плутон встречает путников ледяными горами высотой с Гималаи и азотными ледниками. Пояс Койпера, где он находится, — это «космическая сокровищница»: триллионы ледяных тел, каждое из которых может стать источником воды, органики и редких минералов для будущих колоний.

️ Облако Оорта — край Солнечной системы (2 000–100 000 А.Е.)
Здесь, за триллионы километров от Солнца, рождаются кометы — древние странники, хранящие молекулы времён образования планет. Облако Оорта, словно гигантский ледяной архив, содержит столько воды, что её хватит напоить тысячу цивилизаций. Но чтобы добраться сюда, человечеству придётся лететь долгие годы.

Гелиопауза — граница межзвёздного пространства (120 А.Е.)
Здесь солнечный ветер встречается с галактическим ветром, а «Вояджер-1», покинув этот рубеж, стал первым искусственным объектом в межзвёздной пустоте. За гелиопаузой открывается доступ к ресурсам всей Галактики: энергии космических лучей, межзвёздной пыли, а возможно, и планет-странников, не привязанных к звёздам.

Почему это важно?
— Энергия: Гелий-3 в атмосфере Урана может стать топливом для термоядерных реакторов.
— Вода: Ледяные миры Пояса Койпера и комет — «космические колодцы» для межпланетных миссий.
— Знание: Изучение облака Оорта — это путешествие в прошлое, к истокам Солнечной системы.

Мы стоим на пороге эры, где невозможное станет рутиной. Чтобы проложить путь к Урану, колонизировать Плутон или достичь гелиопаузы, нужны не только ракеты, но и смелость мечтать по-крупному. Каждый астероид, каждая ледяная глыба — это шаг к независимости от Земли, к цивилизации, для которой весь космос станет домом.

Солнечная система не просто огромна — она безгранична для тех, кто осмелится её освоить. Начнём с малого: с первого шага за пределы гелиопаузы, с первой базы на Плутоне, с первой капли воды, добытой из кометы. Вселенная ждёт.

1. Досветовые движители

1.1. Низкоскоростные (0–0.1% c)

1.1.1. Химические ракеты

• Скорость: 0.00001–0.001% c (30–300 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~5–58 дней. (!!!)
• Расход топлива: 10⁶–10⁷ кг на 1 а.е. (жидкий водород + окислитель).
• Принцип работы: Реактивная тяга за счет сгорания топлива (например, метан + жидкий      озонированный кислород). Газы выбрасываются через сопло, создавая импульс. Принято считать, что реактивный двигатель (уже существующий) это нечто примитивное и не современное. Сравните его скорость с более фантастичными, и вы поймете, что реактивки круты. У них проблема в другом. Они очень не экономичны по расходу топлива. Тот же ионник просто не сможет подняться с грунта на орбиту, а современные ракеты успешно делают это. 
• Корабль: СССР-2 «Гагарин» (Россия, 2030), капитан Анна Волкова.
• Жалоба: «Топлива хватило только на разгон и торможение. Половина груза — это баки. Как тут исследовать космос?»

1.1.2. Ионные двигатели

• Скорость: 0.001–0.01% c (3–30 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~58–580 дней.
• Расход топлива: 10³–10⁴ кг ксенона.
• Принцип работы: Электрическое поле ускоряет ионы (например, ксенона) до высоких скоростей. Низкая тяга, но высокая эффективность. В чем плюсы  ионных двигателей? Они очень экономичны по расходу топлива. В сочетании с небольшим атомным генератором они очень и очень неплохи. Возможно со временем они будет доработаны до уровня: Накидайте в камеру пару тонн вещества из вон той кометы и полетели. Да они медленные, но установка      множества однотипных двигателей на одном космолете могут отчасти решить эту проблему. 
• Корабль: USN «Voyager-X» (США, 2070), капитан Джеймс Корриган.
• Жалоба: «Мы летели к Марсу дольше, чем средневековые корабли плыли в Индию. Экипаж требует психолога!»

1.1.3. Солнечные паруса

• Скорость: 0.01–0.1% c (30–300 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~5–58 дней.
• Расход  топлива: 0 кг (но может зависеть от лазерной инфраструктуры).
• Принцип работы: Гигантское зеркало отражает фотоны солнечного света (или лазерного луча с внешней станции, что неплохо для стартового импульса), создавая давление для движения. Есть  способы изменения вектора движения космолета с солнечным парусом, но чем дальше от Солнца тем солнечный парус ловит меньше света Солнца. Двигаться к источнику света (например, Солнцу) такие космолеты неспособны. Вполне возможно что они найдут свое место как грузовики выводящие груз к внешним планетам с маневровыми ионными двигателями. 
• Корабль: CNSA «Лунный Дракон» (Китай, 2060), капитан Ли Вэй.
• Жалоба: «Лазерная сеть сломалась у Юпитера. Теперь мы как парусник в штиль — ни вперед, ни назад.»

1.2. Среднескоростные (0.1–10% c)

1.2.1. Ядерные импульсные («Орион»)

• Скорость:1–10% c (3,000–30,000 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~17 мин – 2.8 часа.
• Расход топлива: 10⁴–10⁵ ядерных зарядов (уран-235).
• Принцип работы: Взрывы ядерных зарядов за кормой корабля. Ударная волна толкает массивную плиту-толкатель. В чем плюс. Атомных бомб наша цивилизация (а скорее всего и любая другая нашего типа) накопила очень много и на первое время хватит. 
• Корабль: EUS «Прометей» (ЕС, 2080), капитан Лукас Шмидт.
• Жалоба: «После тысячи взрывов за кормой экипаж светится в темноте. И это называется «безопасная радиация»?

1.2.2. Ядерно-реактивный двигатель (NTR)

• Скорость: 5–10% c (15,000–30,000 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~1.8–3.5 часа.
• Расход топлива: 10³ кг урана-235 + 10⁴ кг жидкого водорода.
• Принцип работы: Представьте, что вы кипятите чайник, но вместо воды — жидкий водород, а вместо плиты — ядерный реактор. Пар вырывается с такой силой, что толкает корабль вперёд. NTR — это «рабочая лошадка» реалистичной научной фантастики. Он не требует магии антиматерии или прорывов в физике, но добавляет истории напряженности и научной достоверности. Если ваш герой спешит спасти колонию на Марсе, а его корабль гудит, как адская турбина, — это NTR. И да, вам всё ещё не нужен диплом ядерного физика, чтобы описать его — достаточно знать, что это «космический паровоз на урановых дровах». 
• Корабль: USN «Атлант» (США, 2075), капитан Эмили Рейес.
• Жалоба: «Реактор греется как адская печь, а водородные баки вот-вот лопнут. И  это называется «надежная технология»?

1.2.3. Термоядерные двигатели

• Скорость: 5–15% c (15,000–45,000 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~55–160 мин.
• Расход топлива: 10⁵ кг дейтерий-тритиевой смеси.
• Принцип работы: Управляемый термоядерный синтез (дейтерий + тритий → гелий). Высокоэнергетическая плазма выбрасывается через сопло. Высочайшая скорость истечения плазмы из сопла. Водорода, а дейтерий и тритий изотопы водорода, в космосе много. С учетом того, что этот тип космолетов превосходит наш      современный технологический уровень, мы почем помечтать о времени, когда заводы по добыче и обогащению водорода будут построены как минимум в системах всех планет гигантов.  Температура такой плазмы очень высока и требует развитой системы магнитного удержания оной. 
• Корабль: ISRO      «Агни-5» (Индия, 2100), капитан Прия Чандра.
• Жалоба: «Каждый запуск реактора — как игра в русскую рулетку. Вчера плазма прожгла стенку отсека!»

1.2.4. VASMIR (магнитоплазменный, Ядерно-реактивный двигатель)

• Скорость:  0.1–5% c (300–15,000 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~5.5 дней – 3 часа.
• Расход топлива: 10³–10⁴ кг аргона.
• Принцип работы: Плазма нагревается радиоволнами и ускоряется магнитным полем. Возможна регулировка тяги и скорости. VASMIR похож на ионный двигатель, но при этом он значительно эффективнее.Подробная работа этого типа двигателей заслуживает отдельной статьи, но что отрадно наша цивилизация, работай она солидарно уже смогла бы строить такие космолеты. Даже ранние не слишком сильные прототипы могли бы доставлять миссии на Марс всего за пол года. 
• Корабль: JAXA «Сакура» (Япония, 2075), капитан Харуто Сато.
• Жалоба: «Двигатель работает только на бумаге. В реальности он перегревается через 10 минут!»

1.3. Высокоскоростные (10–50% c)

1.3.1. Двигатель на антиматерии

• Скорость: 30–50% c (90,000–150,000 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~3–10 мин.
• Расход топлива: 1 кг антивещества + 1 кг вещества.
• Принцип работы: Аннигиляция вещества и антивещества (например, протон + антипротон). Энергия превращается в направленную струю фотонов и нейтрино. Выделяется в основном гамма-излучение, которое наша современная наука смогла бы сфокусировать с огромным трудом. Зато энергию аннигиляции можно было легко использовать для нагрева рабочего вещества и превращения его в плазму. Именно поэтому он помещен в более медленные двигатели. Технологический уровень нашей цивилизации пока что не позволяет не только вырабатывать антиматерию в промышленных объемах, но и надежно ее хранить. 
• Корабль: NASA «Аннигилятор» (США, 2150), капитан Эмили Рейес.
• Жалоба: «Один грамм антиматерии стоит как Луна. Одна ошибка — и мы станем новым созвездием.»

1.3.2. Лазерно-термические двигатели

• Скорость: 10–20% c (30,000–60,000 км/с) → Время преодоления 1 ае: ~8–25 мин.
• Расход топлива: 10⁴ кг водорода (нагрев лазерами с орбиты).
• Принцип работы: Мощный лазерный луч фокусируется на рабочем теле (например, жидком водороде), мгновенно нагревая его до тысяч градусов. Нагретое рабочее тело превращается в высокотемпературную плазму или газ, который  расширяется и выбрасывается через сопло, создавая тягу. Отличие от ионных, плазменных и прочих типов двигателей в способе нагрева рабочего тела. Требует мощной ядерной установки на борту и тщательно юстированной решетки лазерных источников нагрева. 
• Корабль: Роскосмос «Заря-2» (Россия, 2120), капитан Михаил Орлов.
• Жалоба:      «Если лазерная решетка дрогнет на миллиметр — корабль испарится. Спать невозможно!»

2. Околосветовые движители (50–99.9% c)

2.1. Прямоточный двигатель Бассарда

• Скорость:50–90% c (150,000–270,000 км/с) → Время: ~ 16 – 10 мин.
• Расход топлива: Межзвездный водород (но на 90% c сбор невозможен из-за релятивистского сопротивления).
• Принцип работы: Двигатель Бассарда — это концепция межзвёздного прямоточного двигателя, который собирает межзвёздный водород (протоны) для термоядерного синтеза. Для разгона до половины скорости света (0.5c) требуются колоссальные объёмы топлива, что напрямую влияет на размер воронки (области сбора). Двигатель Бассарда не способен работать внутри звёздных систем из-за низкой плотности среды и опасности столкновений. В газопылевых облаках сбор топлива возможен, но      пыль делает систему уязвимой. Заключение: Двигатель Бассарда — это красивая, но непрактичная концепция. 
• Корабль: CNSA «Великий Поход» (Китай, 2200), капитан Чжан Сяолин.
• Жалоба:  «На скорости 0.5c воронка Бассарда забивается космической пылью. Двигатель захлебывается!»

2.2. Фотонный двигатель

• Скорость:  50–99% c → Время: ~16 – 8.3 мин.
• Расход топлива: 10⁸ кг массы (по формуле E=mc²).
• Принцип работы: Фотонный двигатель — это теоретический тип реактивного двигателя, создающий тягу за счет излучения направленного потока фотонов. Источник фотонов: 1 - аннигиляция вещества и антиматерии; ядерные      реакции; 2 - деление урана или термоядерный синтез, где часть энергии выделяется в виде фотонов; 3 - лазеры: Преобразование энергии (например, ядерной) в когерентный свет. Чтобы избежать рассеивания      фотонов, требуется система зеркал или магнитных линз, направляющих      излучение в узкий пучок. Для разгона корабля до 10% скорости света потребуется энергия, эквивалентная аннигиляции десятков тонн  антиматерии (практически недостижимо).
• Корабль: ESA «Эйнштейн» (ЕС, 2300), капитан Изабелла Моро.
• Жалоба: «Чтобы разогнаться, мы сожгли астероид размером с Эверест. Теперь      топлива хватит только на торможение!»

Примечания:

• Время рассчитано без учета ускорения/торможения (для упрощения).
• Расход  топлива приблизителен и зависит от КПД двигателя.
• Жалобы капитанов отражают типичные проблемы технологий: от радиации до      нестабильности реакций.

Эти корабли и их недостатки можно использовать для создания драматичных сюжетов в SciFi — от бунтов экипажа до гонок за альтернативными источниками энергии!

Эпилог

Научная фантастика — это мост между мечтой и реальностью. Она позволяет нам заглянуть в будущее, где звездолёты бороздят галактики, а чужие миры становятся ближе. Но за каждым таким образом стоит титаническая работа не только воображения, но и науки.

Эта статья — не попытка заменить учебники по физике или инженерии. Скорее, она призвана напомнить: даже самые смелые фантазии выигрывают, когда опираются на законы Вселенной. Вам не нужно заканчивать МФТИ, чтобы создать убедительный космический двигатель, — достаточно понять базовые принципы и задаться вопросом: «А что, если?..»

Да, термоядерный синтез пока не подчиняется нам, антиматерия остается дороже платины, а фотонные двигатели существуют лишь в уравнениях. Но именно эти вызовы и делают научную фантастику такой ценной. Она не просто развлекает — она вдохновляет ученых на прорывы, а инженеров — на поиск решений, которые сегодня кажутся невозможными.

Помните:

• Доверяйте  науке, но не бойтесь её переосмысливать. Червоточины, варп-двигатели и      квантовые скачки — всё это начинается как «невозможное».
• Ищите баланс. Читатели простят гиперпрыжок через полгалактики, если он      встроен в логичный мир.
• Упрощайте, но не примитивизируйте. Даже сложные концепции можно объяснить через метафоры («солнечный парус — это ветер света»).

Пусть ваши корабли будут не просто «металлом с соплами», а героями с характером. Пусть их двигатели гудят, перегреваются и требуют ремонта — это сделает их живыми. И когда в следующей главе ваш герой нажмет кнопку «старт», читатель почувствует, как дрожит палуба, и услышит, как звенит напряженный голос компьютера: «Реактор готов. Курс — к звездам».

Пишите смело. Исследуйте. Ошибайтесь. Ведь каждая строчка научной фантастики — это шаг к тому будущему, которое когда-нибудь станет нашим настоящим.

Космос ждет.