Джон Чейз – Наука «Звёздных Войн» (страница 9)

Очевидно, что для пилотируемых миссий такие варианты не подходят, но не стоит забывать, что мы в космосе еще немногим более полувека.

К тому же космические программы не дешевые. Они требуют больших вложений, солидной инфраструктуры и сотрудничества многих организаций. Приведем пример: чтобы послать человека на Луну в 1969 году, потребовалось 400 тысяч сотрудников, поддержка 20 тысяч организаций и университетов, а также 24 миллиарда долларов. А какова сегодня ситуация с космическими технологиями?

Космические корабли

За последний век летательные аппараты, построенные человеком, проделали огромный путь к совершенству.

И кажется, самые заметные рывки в развитии этой технологии связаны с войной.

Появление самолетов изменило всю сферу транспорта, а катализатором стала Первая мировая война. Скачок в развитии ракетных технологий тоже произошел благодаря войне – на этот раз Второй мировой, которая породила ракету «Фау»-2. А последовавшая за ней холодная война привела к космической гонке, в результате которой появились первые межконтинентальные баллистические ракеты.

Именно баллистические ракеты позволили человечеству вступить в космическую эру, выведя на орбиту сначала первый искусственный спутник, а в 1961 году и первого человека – Юрия Гагарина. Очевидно, война является хорошим двигателем для развития новых технологий.

Меньше чем через десять лет после выхода в космос человек ступил на поверхность нового мира, достигнув его с помощью ракеты «Сатурн-5». Около полувека «Сатурн-5» был самой большой из когда-либо построенных ракет, но ракета SLS[20], разрабатываемая НАСА, должна побить этот рекорд.

НАСА описывает ее как транспортное средство для новой эры исследования космоса за пределами земной орбиты. Впрочем, некоторые разрабатываемые космические аппараты доберутся до орбиты без помощи ракеты-носителя.

Крылатые космопланы будут стартовать за счет собственных двигателей. Кстати, именно так и поступают корабли во вселенной «Звёздных войн». Несколько подобных проектов сейчас находится на разных стадиях разработки. Среди них можно отметить космоплан Skylon, который планируется использовать на низкой околоземной орбите. Компания Virgin Galactic также собирается в ближайшее время запустить свой флот космических аппаратов.

Двигатели

Если говорить о межзвездных путешествиях, то две технологии, которые мы можем увидеть в «Звёздных войнах», действительно применяются при полетах в космосе.

Ионные двигатели, установленные на СИД-истребителях[21], используются в спутниках связи и космических зондах, таких как Dawn[22].

Правда, в отличие от СИД-истребителей, корабли с такими двигателями движутся медленно и плавно – во всяком случае поначалу. Ионные двигатели направляют разогнанные заряженные частицы в одну сторону, что позволяет толкнуть корабль в другую. Прелесть этих двигателей в том, что они весьма эффективно расходуют топливо и при постоянном ускорении могут развить весьма большую скорость.

Но, как и в случае с химическим ракетным двигателем, их скорость ограничена количеством имеющегося топлива. Когда оно заканчивается, двигатель не может больше ускоряться. К сожалению, ионный двигатель не подходит, если вы хотите в течение своей жизни добраться до другой звездной системы.

В «Атаке клонов» граф Дуку после битвы с Энакином, Оби-Ваном и Йодой отправляется с Джеонозиса на Корусант. Его корабль «Панворкка-116» оснащен солнечным парусом. Но, поскольку путь лежит практически на другой конец галактики, ему приходится воспользоваться гипердрайвом.

Так есть ли толк от солнечного паруса?

Если мы говорим о межзвездных путешествиях, то парус поможет покинуть звездную систему. Он способен еще увеличить скорость, используя эффект гравитационной пращи[23] на пути из системы. Однако, поскольку излучение звезды с удалением от нее становится слабее, парус не даст вам набрать достаточную скорость для быстрого путешествия к соседней звезде.

Сегодня НАСА готовит солнечный парус для миссии по изучению околоземных астероидов, которая начнется в 2018 году. Согласно расчетам, после трех лет пути парус поможет зонду развить скорость 240 тысяч км/ч (0,022 % скорости света).

Пассажирам подобного судна придется долго ждать, прежде чем оно разгонится. А потом им потребуется еще достаточно много времени – и соотвествующего расстояния, – чтобы затормозить перед тем, как они достигнут пункта назначения. Такие технологии не прокатят у жителей вселенной «Звёздных войн».

К сожалению, земные технологии в части межзвездных путешествий не так развиты, как в «Звёздных войнах».

Там разумные расы используют двигатели гиперпространства – гипердрайвы. Мы же пока не знаем, сможем ли в будущем достичь – или превысить – скорости света. За исключением гипотетического существования червоточин, описанных теоретиками, известные законы физики на сегодня отрицают возможность столь быстрого перемещения.

Может быть, бóльшая часть космоса так и останется для нас недоступной, и судьбой нам предначертано обжить только близлежащие звезды. Однако исследователи из Института будущего человечества в Оксфорде придерживаются более амбициозных взглядов:

Путешествие между галактиками и, возможно, даже колонизация всей обозримой вселенной – достаточно простая задача для цивилизации, достигшей межзвездных путешествий, не требующая значительных затрат энергии и ресурсов… Если мы захотим, то человечество, вероятно, сможет достигнуть этого в обозримом будущем.

Почему корабли в «Звездных войнах» наклоняются, когда маневрируют в вакууме?

Конечно, мы все видели захватывающие космические сражения, гарантирующие «Звёздным войнам» место среди классики жанра космической оперы.

Вражеские СИД-истребители со свистом нагоняют Х-крылы Повстанцев, которые маневрируют, пытаясь уйти из-под огня лазеров противника.

В финале сражения Дарт Вейдер в сопровождении двух СИД-истребителей преследует Люка Скайуокера, но ему на помощь приходит Хан Соло на «Тысячелетнем соколе», сбив один истребитель. Затем он наклоняет корабль и уходит вправо, давая Люку возможность произвести выстрел, который разрушит Звезду Смерти.

Тот факт, что «Тысячелетний сокол» наклоняется, необычен, поскольку наклон необходим только при полете в атмосфере. Почему же в «Звёздных войнах» при повороте наклоняются корабли, летящие в вакууме?

Вопрос аэродинамики

Наклон летательных аппаратов связан с аэродинамикой. Проще говоря, аэродинамика – это то, как воздух движется вокруг вещей. На Земле воздуха предостаточно, в отличие от вакуума космического пространства. Поэтому при проектировании и постройке летательных аппаратов аэродинамические свойства рассматриваются лишь касательно тех, которые летают на планетах с атмосферой.

Крыло создает подъемную силу благодаря движению воздуха над ним, а точнее, благодаря движению крыла в воздухе. Двигаясь по воздуху, аппарат сталкивается с лобовым сопротивлением, которое можно было бы назвать врагом подъемной силы. Бороться с сопротивлением легче, если придать судну аэродинамическую форму.

Центром масс называют условную точку, относительно которой массы всех элементов системы находятся в равновесии. Если приложить к летательному аппарату силу в направлении, не проходящем через его центр масс, то он повернется, изменив свое положение в пространстве.

Для описания движения в пространстве используются три оси, связанные с самим аппаратом и образующие так называемую связанную систему координат.

Изменение положения

Движения летательного аппарата относительно трех осей – это крен, рысканье и тангаж. Рассмотрим их на примере самолета. Тангажем называют движение относительно поперечной оси, когда опускается или поднимается нос самолета. Рысканьем называется движение вокруг вертикальной оси – оно схоже с тем, как мы поворачиваем голову вправо-влево. И, наконец, крен – это движение относительно продольной оси, когда самолет наклоняется, поднимая одно крыло и опуская другое. За контроль над этими движениями отвечают руль высоты, руль направления и элероны – так называемые рулевые, или контрольные, поверхности.

Когда самолет движется в каком-либо направлении, на поворот уходит время. Обычно протяженность поворота определяется по его радиусу. Чем быстрее движется предмет, тем больше места ему нужно для поворота, поэтому у сверхзвукового истребителя F-16 Fighting Falcon радиус поворота будет больше, чем у легкомоторной «Цессны».

Так при чем же тут повороты с наклоном?

Наклон в атмосфере

Когда самолет поворачивает, он не просто рыскает, что привело бы к большому радиусу поворота. Вместо этого он использует подъемную силу.

При обычном горизонтальном полете подъемная сила направлена вертикально вверх, поддерживая самолет в равновесии с силой притяжения Земли. Но, если самолет накренится, часть подъемной силы будет направлена в ту сторону, куда самолет поворачивает. Именно она помогает самолету повернуть быстрее.

Если вы посмотрите на большинство космических кораблей в мире «Звёздных войн», то вы не увидите у них рулевых поверхностей, необходимых для смены ориентации в пространстве. Выглядит логичным, потому что корабли были построены для полетов в космосе, где законы аэродинамики не действуют.