Про защиту от пыли и газов

Работа над моей первой книгой вошла в стадию, когда надо уже начинать описывать устройство и конструкцию звездолёта, на котором путешествуют мои герои.

Если мы следуем правилам твёрдой научной фантастики, то мы вынуждены летать на наших звездолётах напрямую из точки А в точку Б. То есть без всяких "субсветовых переходов", "кротовых нор", "Икс-матриц" и прочих подобных вещей. Возникает вопрос, как защитить звездолёт от набегающего потока вещества?

Звездолёт летит на релятивистской скорости, и его фронтальная проекция подвергается бомбардировке частицами пыли и межзвёздного газа. Насколько это опасно? Покопавшись в Сети, можно найти различные оценки. Например, в этой статье утверждается, что полёты со скоростью выше 0.1с вообще нереальны, как раз по причине невозможности защититься от этой бомбардировки.

Фантасты предложили много способов решения этой проблемы. Мне нужно выбрать тот из них, для реализации которого потребуется меньше всего фантастических допущений.

1. Лобовой щит.

Самое очевидное решение - что-то большое и прочное, установленное на носу корабля. Он и будет принимать на себя весь набегающий поток. В указанной выше статье этот случай как раз и разбирается. Автор там доказывает, что с ростом скорости хотя бы до половины скорости света лобовой щит корабля становится таким толстым и тяжёлым, что делает невозможным любые путешествия.

Роль звездолёта с лобовым щитом согласился выполнить зонд Parker Solar Probe.

Тут можно возразить, что этот щит можно делать не из титана, как предлагается в статье, а из чего-то другого. Вспомним, например, что полуметровый слой баллистического геля успешно останавливает автоматную пулю, и она при этом совершенно не деформируется. И что характерно, такие материалы есть уже сейчас. Аппарат Stardust в 2006 году доставил на Землю частицы кометной пыли, которые были пойманы ловушкой из аэрогеля - это именно то, о чём я говорю.

То есть в конструкции звездолёта можно предусмотреть не твёрдый щит толщиной 10 метров, а большой бассейн с вязким аэрогелем толщиной 100 метров. Его масса окажется как минимум сопоставимой, а скорее всего меньшей, чем у твёрдой конструкции. Он не будет подвергаться эрозии и становиться тоньше. Остаётся два вопроса. Нужно что-то делать с нагревом этого бассейна, ведь энергия влетающих в аэрогель частиц в нём же и остаётся, и её придётся как-то отводить. А ещё есть проблема рентгеновского излучения, возникающего при резком торможении заряженных частиц. Но с этими вопросами писателю справиться уже легче, правда?

2.Корабль-астероид.

Такой приём периодически появляется в фантастических романах. Звездолёт представляет из себя большой камень, внутри которого оборудованы жилые и рабочие отсеки, двигатели, баки с топливом, обсерватории и всё остальное. Толстый слой камня, обращённый в сторону полёта, защищает оборудование и экипаж.

Недостаток такого решения виден сразу: звездолёт получается чересчур тяжёлым. Какая прорва энергии потребуется, чтобы разогнать этот булыжник до субсветовых скоростей! А потом ещё и затормозить его, когда долетим до цели. Хотя, бассейн с аэрогелем на передней поверхности астероида выглядит всё же предпочтительнее, чем на носу обычного корабля.

А ещё нужно будет как-то избавляться от избыточного тепла внутри. И значит, за этим камнем будет тянуться длинный шлейф раскалённых радиаторов. По этой причине знаменитый межзвёздный астероид "мумуму", или как его там, не может быть кораблём пришельцев, как бы это кому-то ни хотелось.

3.Астероид перед кораблём.

Это вариант предыдущего пункта. Мы запускаем впереди по курсу звездолёта что-то большое и бесполезное - астероид или комету, и летим в тени этого тела на некоторой дистанции. Он принимает на себя всю бомбардировку, а мы прячемся за ним и радуемся.

Способ явно хуже, чем пункт 2. Масса такого камня может быть больше массы самого корабля, но его придётся разгонять точно также, как и сам корабль. Конечно, если у нас есть бездонный резервуар энергии, то вопросов нет: можно позаимствовать у Земли Луну и полететь на ней. Во всех остальных случаях энергию придётся экономить, и разгонять бесполезную каменюку - как-то чересчур расточительно.

Ну хорошо, пусть астероид будет не совсем бесполезным: можно оборудовать на нём целый комплекс защитных устройств. Бассейн с аэрогелем на передней стороне, десяток реакторов для питания рентгеновского лазера, и систему соленоидов, которая создавала бы магнитное поле, прикрывающее летящий следом корабль. И конечно, собственные двигатели, способные разгонять эту маленькую гору до релятивистской скорости. Мы получаем самый настоящий звездолёт. Останется только построить внутри жилые отсеки - и лететь прямо на нём. Строить отдельный корабль, который бы летел следом, больше нет смысла.

4.Ионизация набегающего газа.

Способ основан на идее отклонять летящие навстречу кораблю заряженные частицы магнитным полем. Отклонять нужно частицы с положительным зарядом, потому что они массивнее, чем электроны, и представляют намного большую опасность.

Если нам навстречу летят одни лишь протоны - этот метод работает идеально, и никаких вопросов нет. Но так не бывает, корабль будет встречать и нейтральные атомы. Чтобы магнитное поле, созданное вокруг корабля, могло на них воздействовать, их нужно сперва ионизировать - придать им положительный заряд, оторвав как минимум один электрон. Как это сделать?

Решение напрашивается само: прямо по курсу корабля надо светить каким-то лучом, который будет ионизировать всё приближающееся вещество. Светить можно фотонами или электронами. В указанной выше статье оба эти способа рассмотрены, и автор утверждает, что они оба не подходят.

Во-первых, сечение фотоионизации атомов слишком маленькое. Грубо говоря, для того, чтобы оторвать у атома электрон, требуется очень много фотонов. Это значит, что корабль должен светить по направлению полёта лучом такой мощности, что это будет настоящий фотонный двигатель, направленный вперёд. Который будет корабль тормозить. Получается тянитолкай; мы сами уменьшаем эффективность маршевого двигателя.

Во-вторых, если корабль выбрасывает из себя мощный луч из электронов (частиц с отрицательным зарядом), то он сам неизбежно приобретает положительный заряд. Добром это не кончится.

Как можно решить эту проблему? Наверно, можно уменьшить длину волны нашего прожектора. Светить вперёд не ультрафиолетом, а рентгеном, или вообще гамма-излучением, которое гарантированно ионизирует всё что угодно. Правда, чем выше мы забираемся по спектру излучения, тем больше энергии потребуется для его генерации.

Ну и кроме того, остаётся проблема пылинок массой от долей грамма до нескольких граммов. С ними ионизация бесполезна, магнитное поле их не отклонит, и защищаться придётся всё-таки какими-то твёрдыми или жидкими конструкциями.

Есть, конечно, самый радикальный способ - вообще ничего про эту проблему не писать, обойти молчанием. Но штука в том, что моя книга для подростков. А этой целевой аудитории пока ещё интересно почитать, как  вообще можно летать к звёздам и какие научные знания для этого можно  применить.