Противометеорная защита

При постоянстве ускорения, если на разгон и торможение корабля, как нами принято в расчёте, дополнительно затрачивается 5% от 26,3 лет или 1,25 года, то каждая из этих операций в отдельности тоже занимает по 1,25 года (т.е. по пройденному пути за время разгона и торможения теряется 50%). Следовательно, разгон от нуля до крейсерской скорости V_k = 12'000 км/с произойдёт за 1,25 года или за 3,95·10⁷ с. Отсюда ускорение разгона корабля составит всего 0,304 м/с². На Земле ускорение свободного падения тел равно около 9,8 м/с². Другими словами, ускорение разгона корабля окажется в 32 раза меньше знакомого нам ускорения свободного падения.

Такая ситуация складывается оттого, что тяга электрореактивных двигателей межзвёздного корабля мала по сравнению с массой корабля. На основных параметрах экспедиции этот факт сказывается слабо, продолжительность полёта на расстояние в 1 световой год увеличивается по этой причине всего на 5%. Правда, малая тяга двигателей на единицу массы корабля не позволяет опускаться на поверхность крупной планеты и стартовать с неё. Но трудность связи с крупной планетой легко обойти с помощью космических „шлюпок”. Что, действительно, плохо – малая тяга двигателей по сравнению с массой корабля сильно уменьшает его способность уклоняться от ударов метеоритов.

При ускорении 0,304 м/с², чтобы сместить корабль на 1 км, нужно затратить 81 секунду. Для этого команда на резкое смещение корабля должна быть подана, и двигатели должны быть переориентированы и включены на полную мощность тогда, когда опасный объект ещё находится на расстоянии, примерно:

12'000 км/с • 81 с = 972'000 км.

В действительности, учитывая реальные размеры корабля, чтобы он уклонился от метеорита, нужно сместиться во много раз больше, чем на 1 км.

Между тем, на каждый квадратный метр лобовой поверхности корабля, за время полета на расстояние в 1 световой год, обрушивается всё вещество, содержащееся в десяти миллионах кубических километров космического пространства! И на соседний квадратный метр – столько же. Пренебрежём атомами, молекулами и ионами, содержащимися в этом объёме и порождающими при столкновении с кораблём далеко не безобидные эффекты. Но при такой скорости столкновения невозможно пренебречь микрометеоритами, не говоря уже о более крупных телах.

Представим себе электропоезд весом 500 тонн, движущийся со скоростью 120 км/час и налетевший на скалу. Кинетическая энергия удара составит:

Е = (M·V²):2 = 5,0·10⁵ кг·33,3²·0,5 м²/с² = 2,77·10⁸ Дж.

Аналогично, при столкновении неподвижного метеорита весом в 1 г с кораблём, летящим со скоростью 12'000 км/с, энергия удара составит 6,4·10¹⁰ Дж, что в 230 раз больше предыдущего. Иначе говоря, даже такой крохотный метеорит произведёт на корабле разрушения, сопоставимые с катастрофой двухсот идущих на полном ходу поездов!

Представим себе, что межзвёздный корабль способен без повреждений выдержать удар, по энергии эквивалентный катастрофе одного поезда. Если поперечный размер корабля не превышает 2 км (в действительности он, как увидим, намного больше), чтобы не превысить такую норму, нужен локатор, способный обнаружить камешек массой в 5 миллиграмм за 81 секунду до столкновения, т.е. на расстоянии, втрое большем, чем от Земли до Луны! Но даже такая фантастически изощрённая аппаратура не позволит избежать столкновения при встрече с роем, скажем, из десятка микрометеоритов. Отсюда можно заключить, что столкновения корабля с мелкими метеоритами, практически, неизбежны.

Риск катастроф, подстерегающих межзвёздный корабль, имеет очень высокую цену. Ведь подготовка экспедиции такого масштаба требует максимального напряжения усилий пославшей его цивилизации, и повторить экспедицию непросто. Гибель корабля не только вычеркнет из жизни находящийся на борту экипаж, но оставит безжизненной планетную систему, в которую экспедиция несла Жизнь. Поэтому нужно думать, что конструкторы постараются обеспечить очень высокий уровень безопасности корабля.

Сегодняшнее состояние астрономии, к сожалению, обуславливает неопределённость в оценке степени метеоритной опасности. Дело в том, что исследования дружно говорят о существовании во Вселенной некой скрытой массы, намного превышающей массу известного астрономам вещества, но не раскрывают природу этой скрытой массы.

„Даже для совокупности звёзд в окрестностях Солнца – число таких звёзд близко к исчерпанию – динамическая масса оказывается вдвое больше суммы масс индивидуальных звёзд. В этом случае можно гадать о планетных системах, или о тёмных звёздах с массой меньше 0,05 /массы Солнца/, или о массивных чёрных дырах.” [Мартынов, 1988]

Нельзя исключить, что скрытая масса включает в себя несколько типов образований. Часть скрытой массы может быть представлена метеоритами, в том числе, микрометеоритами, заполняющими межзвёздное пространство.

Природа астрономических приборов такова, что они регистрируют несветящееся вещество Вселенной тем лучше, чем сильнее оно рассеяно. Например, хорошо изучено, сколько атомов и ионов водорода приходится на кубометр пространства в далёких от нас зонах космической пустоты. А вот разглядеть скопление многих миллионов таких крупных тел, как кометы в облаке Оорта, на окраине нашей собственной Солнечной системы – астрономы не могут, и облако фигурирует лишь как результат теоретических изысканий. Ещё нагляднее эта тенденция проявилась в поясе астероидов, в сотни раз более близком, чем облако Оорта – в так называемом поясе Койпера, затрагиваемом орбитой Плутона. Вопреки сравнительной близости, мы можем наблюдать небесные тела этого пояса только при их случайном приближении к Земле.

Пояс Койпера состоит из зарождающихся комет, и небесных тел, слишком малых, чтобы считать их планетами. По современным оценкам, полная масса всех тел этого пояса составляет от четверти до половины массы Земли. Наибольший объект (кроме Плутона, который отдельные исследователи также относят к этому поясу) имеет в поперечнике несколько сотен километров.

Мы склонны оценивать метеоритную ситуацию во Вселенной по плотности расположения метеоритов, свойственной окрестностям Солнца. Но известно, что вблизи звезды подавляющую часть метеоритов „сметает” вращающееся вокруг неё облако газа. Действие этого облака, по мнению астрономов, сходит на нет где-то за орбитами крайних планет. Полагают, поэтому „облако Оорта” из миллионов комет и сохранилось в десятки тысяч раз дальше от Солнца, чем Земля.

Соответственно, вероятность встреч с мелкими метеоритами в промежутках между звёздами может оказаться намного более высокой, чем мы оцениваем по наблюдениям с орбиты Земли. Ощутимая часть скрытой массы Вселенной может быть представлена как раз наиболее опасными метеоритами весом от миллиграмм до килограмма (более крупные – легче обнаружить издали, что позволяет уклоняться от столкновений).

Когда общая продолжительность экспедиции измеряется многими десятками лет, разумные существа, находящиеся на борту межзвёздного корабля, трудно назвать экипажем. Скорее, это обитатели небольшой искусственно созданной планеты. Многие из них родятся и проведут всю жизнь на корабле, жертвуя многим. Они лишаются контактов с миром своей цивилизации, теряют широту выбора профессий и хобби, возможность занятий многими видами спорта, туристских поездок и т.д. Вероятно, разработчики корабля сочтут недопустимым снижать, в дополнение ко всему, и безопасность участников полёта.

Даже для успеха предприятия желательно, чтобы полёт был не многолетним коллективным подвигом, а более или менее нормальной жизнью. Только цивилизация, проходящая детский этап развития и не ценящая жизнь, воспринимает как должное, например, результат первого кругосветного путешествия, в котором из пяти посланных кораблей до конца дошёл только один (три погибли, один тайком повернул назад) и посреди маршрута погиб руководитель экспедиции – Фернан Магеллан. Более зрелая цивилизация не считала бы такие потери нормальными и оправданными.

Таким образом, с одной стороны, видна высокая опасность столкновений межзвёздного корабля с метеоритами, и малая надежда уклониться от них за счёт маневрирования, а с другой стороны – абсолютная недопустимость повреждений корабля и гибели экипажа.

Наконец, важен ещё один фактор. Представим себе не полёт в нашу эпоху от Земли к другим звёздам, а предполагаемый полёт 3,9 млрд. лет назад от звезды „Отцов” к тогда ещё безжизненной Земле. Ради многократного сокращения времени полёта он, как отмечалось, скорее всего, был приурочен к „моменту” прохождения Солнцем и „Отцами” области, близкой к центру Галактики, где средние расстояния между звёздами примерно на порядок меньше, чем в нашем сегодняшнем окружении. Соответственно, в этой области и плотность звёздного населения, и плотность засорения пространства метеоритами раз в тысячу выше. В тех условиях, несмотря на сокращение дальности полёта, суммарная интенсивность метеоритной бомбардировки корабля за время полёта должна быть примерно на два порядка выше, чем при полёте из нашей нынешней позиции.

Если сравнивать три возможных способа защиты от метеоритов – автоматическое маневрирование корабля, уничтожение метеоритов лучами лазеров и броневую защиту – то в разных условиях предпочтительными окажутся разные варианты. Не вдаваясь в технические подробности, можно подытожить, что при очень малой плотности метеоритов в пространстве предпочтительно маневрирование, при средней плотности – уничтожение метеоритов лучами лазеров, а при высокой плотности, вероятно более всего соответствующей условиям реальных полётов, оптимальным вариантом является создание мощной броневой защиты корабля, особенно – его лобовой поверхности.

Характерно, что корабль меньше ощутит удар метеорита, если его броня не будет жёсткой и монолитной, если она будет напоминать не столько броню танка, сколько мешок с песком. Такую броню и легче реализовать – достаточно собрать осколки астероидов да закрепить их сетью на поверхности корабля.

Конструкция брони, по существу, не влияет на эффективность защиты, так как при столь высоких скоростях столкновения (порядка 12'000 км/с) соседние области вещества брони не успевают принять участие в реакции на удар. Ударная волна распространяется во все стороны со скоростью звука, т.е. в тысячи раз медленнее, чем движется метеорит относительно корабля. Поэтому противодействие метеориту оказывает вещество только тех зон, которые он непосредственно пронизывает, и с этой точки зрения, не существенно – представляет ли собой это вещество монолитную броню или груду камней.

Дата добавления: 2015-07-08