Современные ракетные двигатели, несмотря на впечатляющие цифры вроде скорости в 60 000 км/ч, остаются крайне медленными для масштабов космоса. Преодоление межзвездных расстояний с их помощью практически невозможно из-за фундаментальных ограничений.
По своей сути, даже самые передовые химические двигатели — это усовершенствованная версия принципа реактивного движения, знакомого нам по воздушному шарику. Ракета движется, отбрасывая назад массу топлива. Предел этой технологии — удельный импульс около 450 секунд, что соответствует скорости истечения реактивной струи в 4.5 км/с. Этого недостаточно для быстрых полетов даже в пределах Солнечной системы.
Попытки перейти на ядерную энергию, активно изучавшиеся в середине XX века, дали лишь умеренный прогресс. Ядерные ракетные двигатели (ЯРД), подобные американскому NERVA или советскому РД-0410, повысили удельный импульс до 850-950 секунд. Хотя это значительный шаг вперед, для комфортных межпланетных перелетов, например на Марс, такие показатели все еще недостаточны и делают миссии чрезвычайно дорогими.
Такие концепции, как космические или электрические паруса, также пока не вселяют большого оптимизма в плане скорости. Кажется, что технология космического движения зашла в тупик. Однако в последние десятилетия появились теоретические разработки, способные кардинально изменить ситуацию. Они предлагают принципиально иной подход, не требующий отброса реактивной массы.
EmDrive: загадочный двигатель на микроволнах
Одной из таких революционных идей является EmDrive, предложенный британским инженером Роджером Шойером в 1999 году. Это устройство представляет собой резонатор особой формы, внутри которого магнетрон создает стоячую волну микроволнового излучения. Согласно гипотезе, эта конфигурация сама по себе генерирует тягу, не выбрасывая наружу ни вещества, ни излучения. Если бы это работало, это противоречило бы классическому закону сохранения импульса.
Роджер Шойер
Эксперименты, включая тесты в Дрезденском техническом университете под руководством Мартина Таймара, давали противоречивые результаты. В 2018 году группа Таймара пришла к выводу, что наблюдаемая микротяга, скорее всего, является артефактом — следствием взаимодействия установки с магнитным полем Земли, а не доказательством работы самого двигателя. Таким образом, EmDrive остается «двигателем Шредингера» — его существование и работоспособность не подтверждены, но и не окончательно опровергнуты наукой.
MEGA: двигатель на квантовых вибрациях
Другой перспективной концепцией является двигатель MEGA (Mach-effect gravitational assist), разработанный профессором Джимом Вудвордом. В отличие от EmDrive, его принцип действия основан на использовании пьезоэлектрических кристаллов. При подаче электрического тока (которое в космосе можно получать от солнечных батарей или ядерного реактора) эти кристаллы начинают вибрировать с невероятной частотой — до 10 000 колебаний в секунду.
Джим Вудворд
Синхронизация этих вибраций на определенных частотах, согласно теории, создает микроскопическую, но постоянную тягу. Оба двигателя — и EmDrive, и MEGA — теоретически связаны с принципом Маха, который устанавливает связь между инерцией объекта и массой всей Вселенной. Идея заключается в том, что при изменении энергии и массы части объекта (кристаллов или микроволн) возникает квантовый эффект, приводящий к ускорению.
Тот факт, что серьезные научные группы продолжают исследования в этой области, пытаясь вписать эти эффекты в современную физическую картину мира, говорит о наличии реального, хотя и плохо изученного, феномена. Вероятно, речь идет о каком-то квантовом явлении, которое в будущем может лечь в основу новых технологий.
Если одна из этих технологий окажется работоспособной, это откроет путь к настоящим межзвездным путешествиям. Расчеты показывают, что корабль с таким двигателем, питаемый компактным ядерным реактором, сможет десятилетиями наращивать скорость, в перспективе приближаясь к околосветовым значениям. Это значит, что полет к ближайшим звездным системам может уложиться в срок человеческой жизни.
Исследования в области EmDrive и MEGA — это авангард современной космической науки. Они бросают вызов фундаментальным законам и, возможно, указывают путь к следующему великому скачку человечества — к звездам.