6

В погоне за скоростью

Наш век часто называют «веком больших скоростей», и для такого эпитета есть все основания. Никогда ранее скорость передвижения не возрастала такими потрясающими темпами, и, возможно, что они никогда уже не будут превзойдены.

Чтобы убедиться в справедливости сказанного, составим таблицу, в которой перечислим все мыслимые диапазоны скоростей, расположив их в порядке возрастания, и укажем с точностью до десятилетия дату освоения каждого нового диапазона. Результаты получаются поистине ошеломляющие:

Затратив всю свою предысторию и большую часть исторического периода на освоение двух первых диапазонов, человечество пронеслось сквозь третий за срок жизни одного поколения. Я не знаю точной даты, когда паровоз достиг рубежа скорости 150 километров, но это определенно стало возможным примерно к 1880 году. Поезд «Эмпайр стейт экспресс» развил скорость 175 километров в час на линии «Нью-Йорк-сентрал» в 1893 году.

Еще более удивителен тот факт, что весь четвертый диапазон мы преодолели за десять с небольшим лет: с точностью, достаточной для наших целей, можно считать, что в период с 1950 по 1960 год был совершен гигантский скачок от полета со сверхзвуковыми скоростями в атмосфере к орбитальному полету вне ее пределов.

Этот скачок явился следствием невиданного успеха в области ракетостроения, прорыва, который привел, как сказали бы математики, к разрывности кривой нарастания скоростей. Нам вряд ли следует рассчитывать на то, что развитие в этой области будет идти подобными же темпами, иначе мы, например, должны были бы еще до 1970 года достичь рубежа 150 000 километров в час. Это в принципе возможно, однако весьма маловероятно. Еще менее вероятный результат будет получен, если мы продолжим нашу столь наивную экстраполяцию, — окажется, что мы должны достичь 9-го диапазона, а с ним и конечного предела скорости, возможной во Вселенной, к 2010 году.

Дело в том, что последняя строка таблицы совершенно фантастична; границы 9-го диапазона по-настоящему должны обозначаться так: «150 000 000–1 073 000 000 километров в час». Во Вселенной не существует скорости, превышающей последнюю цифру — величину скорости света.

Не будем заниматься вопросом, почему скорость света является пределом; сосредоточим пока наше внимание на низших диапазонах спектра скоростей. Диапазоны с 1-го по 4-й целиком перекрывают полосу скоростей, удовлетворяющую все наши земные нужды; в сущности, многие из нас вполне удовлетворены рамками 3-го диапазона — считается, например, что современные реактивные пассажирские самолеты летают с достаточно высокой скоростью.

Для сверхскоростных передвижений, порядка нескольких тысяч километров в час, потребуется применить ракеты; маловероятно, что использование химического топлива окажется экономически целесообразным. Правда, уже сейчас человек способен за девяносто минут облететь вокруг земного шара, но для этого приходится спалить около ста тонн горючего. Даже когда такие ракеты будут полностью усовершенствованы, вряд ли удастся сократить затраты горючего до уровня ниже десяти тонн на одного пассажира (примерно в двадцать раз больше, чем расходуется на одного пассажира крупным реактивным самолетом в дальних рейсах, хотя и это количество весьма внушительно — полтонны керосина). А ведь, кроме горючего, ракета должна нести еще и запас кислорода — своего рода штраф за полет вне атмосферы.

Поскольку уже сейчас конструируются пилотируемые ракетные орбитальные корабли, предназначенные для военных целей, вероятно, будут предприняты попытки приспособить их для перевозки пассажиров. Все гражданские самолеты многим обязаны военным типам машин, даже в тех случаях, когда они не являются непосредственно их вариантами. Конечно, трудно представить себе пассажирское потомство современных экспериментальных летательных аппаратов, но ведь совсем недавно казалось столь же невероятным, что реактивные самолеты будут когда-нибудь возить пассажиров.

Существует два направления развития, которые могут сделать высокоскоростной транспорт экономически целесообразным. Во-первых, это использование дешевой, надежной, безопасной системы ядерных двигателей, что позволило бы резко снизить загрузку ракеты топливом. Такого рода двигателей пока не видно даже на горизонте. Они не могут быть основаны на принципе расщепления атомного ядра — единственной доступной нам сейчас управляемой реакции освобождения энергии атома. Рискуя показаться реакционным старым чудаком, я все же осмелюсь усомниться, что следует разрешить взлет в воздух машинам, работающим на урановом или плутониевом горючем. С самолетами всегда будут происходить аварии (внимайте дерзостному предсказанию!); очень скверно, когда на вас брызнет горящий керосин, но такие несчастья все же носят местный и преходящий характер. Радиоактивным осадкам не свойственно ни то, ни другое.

В атмосфере и в околокосмическом пространстве можно разрешить находиться только тем подвижным ядерным энергетическим установкам, которые не радиоактивны. Пока мы не умеем создавать такие системы, но, возможно, научимся, когда овладеем управляемой термоядерной реакцией. Тогда мы сможем перебрасывать вокруг света тяжелые грузы со скоростью, доходящей до орбитальной, то есть до 29 000 километров в час, и с затратой нескольких килограммов лития и тяжелого водорода в качестве горючего.

Высказывалась также идея (одна из тех, про которые говорят, что они слишком хороши, чтобы быть реальными), что можно разработать конструкцию бестопливного самолета, способного непрерывно летать в верхних слоях атмосферы, получая энергию от природных источников, которые там существуют. Эти источники уже были использованы в ряде эффективных экспериментов. Так, если на соответствующей высоте выпустить из ракеты облако паров натрия, оно вызовет реакцию между диссоциированными частицами вещества, слой которых расположен на границе земной атмосферы и космического пространства. В результате на многие километры в небе распространится ясно видимое сияние. Это энергия солнечного света, накопленная атомами в дневное время, высвобождается под воздействием соответствующего импульса.

К сожалению, хотя количество энергии, накапливаемой в верхних слоях атмосферы, весьма велико, но она сильно рассеяна. Для получения сколько-нибудь полезного эффекта необходимо собрать и переработать гигантские объемы разреженного газа. Если бы какой-то скоростной летательный аппарат, скажем с прямоточным реактивным двигателем, мог пропускать сквозь себя разреженный воздух, извлекая из него в форме тепла достаточное количество энергии, необходимой для возникновения силы тяги, он летал бы вечно, без какой-либо затраты топлива. В настоящее время такой проект представляется маловероятным, потому что затраты энергии на засасывание воздуха были бы больше энергии, извлеченной из воздуха и преобразованной в силу тяги. Но все же идею эту не следует полностью отвергать. Несколько десятилетий назад мы не имели ни малейшего представления о существовании подобных источников энергии; вполне вероятно, что нам предстоит обнаружить в атмосфере еще более мощные энергетические ресурсы.

В конце концов, в самой идее ничего принципиально абсурдного нет. Плавали же мы тысячи лет по морям на бестопливных судах, движимых энергией ветров. А она ведь тоже даруется не чем иным, как Солнцем.

Впрочем, даже если бы горючее было бесплатным и имелось в неограниченных количествах, достижение особо высоких скоростей полета все равно встретило бы ряд препятствий. Цирковые артисты терпят, когда ими выстреливают из пушки, но пассажиры высокоскоростных аппаратов возражают против больших ускорений, а такие ускорения неизбежны, когда мы стремимся достичь подлинно высоких скоростей.

Даже теперь при взлете реактивного самолета пассажира вдавливает в кресло на довольно длительный отрезок времени, а ведь испытываемое при этом ускорение составляет всего лишь малую долю ускорения земной силы тяжести и достигаемая скорость весьма скромна в сравнении с величинами, которые мы рассматриваем здесь.

Проанализируем несколько цифр. Ускорение 1 g означает, что за каждую секунду скорость возрастает почти на 10 метров в секунду. При таком ускорении потребуется почти 14 минут, чтобы достичь орбитальной скорости (29 000 километров в час), и на протяжении всего этого времени каждый пассажир будет чувствовать себя так, как будто у него на коленях сидит еще один человек. Затем последует 20 минут полной невесомости (при самом продолжительном полете, за время которого корабль облетает пол земного шара по экватору), которая, вероятно, причинит еще большие неудобства. А после этого еще 14 минут снижения скорости до нуля, и опять под воздействием ускорения 1 g. За весь полет никто не почувствует себя в покое ни на одно мгновение, что же касается «невесомого» отрезка трассы, то в это время даже знаменитый бумажный пакетик окажется бесполезным. И, может быть, не лишне указать также, что в первую половину времени полета до туалета нельзя будет добраться, а во вторую половину им нельзя будет пользоваться.

Близкая орбита спутника устанавливает своеобразный естественный предел скорости полета вокруг Земли; тело, вышедшее на такую орбиту, движется по ней без затраты энергии со скоростью около 29 000 километров в час, совершая один оборот вокруг Земли примерно за 90 минут. При попытке двигаться с большими скоростями мы столкнемся с новыми проблемами.

Все вы испытали, что такое «центробежная сила», возникающая при повороте автомобиля или самолета во время быстрого движения. Я заключил этот термин в кавычки, потому что испытанное пассажиром состояние вовсе не есть воздействие какой-то внешней силы, а всего лишь естественный протест его тела против того, что оно лишено неотъемлемого права продолжать движение по прямой и с постоянной скоростью. Единственная сила, фактически действующая в этом случае, это сила, которую приложило к пассажиру кресло автомобиля или самолета, чтобы помешать ему продолжать такое движение.

В полете вокруг Земли и, по существу, при любом движении по ее поверхности вы перемещаетесь по кругу радиусом более шести тысяч километров. При нормальных скоростях вы не замечаете незначительной дополнительной силы, отрывающей вас от поверхности, — ваш вес с избытком перекрывает такую силу. Однако при скорости 29 000 километров сила, направленная внутрь, или, иначе говоря, вниз к центру Земли, будет точно равна вашему весу. Это является необходимым условием орбитального полета: притяжение Земли как раз достаточно, чтобы удерживать тело, перемещающееся вокруг нее с указанной скоростью.

Но, если вы движетесь быстрее 29 000 километров в час, вам, чтобы удержаться на орбите, нужно создать дополнительную силу, направленную вниз: одно притяжение Земли с этой задачей не справится. Таким образом, возникает ситуация, которой пионеры космонавтики не могли даже вообразить, когда они бились над решением задачи, как оторваться от Земли. Оказывается, при таких скоростях придется толкать вниз летательный аппарат, чтобы удержать его на нужной высоте, — без некоторой обуздывающей силы, без привязи, так сказать, он улетит в космос, словно камень, сорвавшийся с пращи.

При движении по околоземной орбите со скоростью 40 000 километров в час дополнительная сила, требуемая для удержания корабля на орбите, будет в точности равна силе тяжести. Она может быть создана специальными ракетами, направляющими космический корабль к центру Земли с ускорением 1 g. Корабль снижаться не будет, и единственное различие между движением по такой силовой траектории и движением спутника, свободно летящего по нормальной орбите, будет состоять в том, что в первом случае этот полет пройдет с бóльшими скоростями и оборот вокруг Земли будет совершаться за 60 минут вместо 90, а члены экипажа корабля уже не будут испытывать состояния невесомости. Им покажется, что у них нормальный вес, только направленный в противоположную сторону; «низ» будет там, где звезды, а Земля повиснет над сбитыми с толку космонавтами, совершая полный оборот вокруг своей оси за 60 минут.

При бóльших скоростях потребуются еще большие силы для удержания корабля на его искусственной орбите — искусственной в том смысле, что в природе она невозможна. По-видимому, подобные трюки, к тому же требующие огромных затрат энергии, не найдут никаких практических приложений, но страсть человека к побитию рекордов, вероятно, толкнет его на совершение этих сверхскоростных полетов вокруг Земли, как только они станут технически осуществимыми. Любопытно подсчитать величины ускорений, испытываемых пассажирами, и время одного оборота вокруг Земли в зависимости от скорости полета. Эти цифры приведены в таблице.

Как видите, путешествие вокруг света менее чем за тридцать минут — затея нелегкая, да к тому же и весьма дорогая. Для оборота за 15 минут потребуется выдержать ускорение, равное 30 g; это возможно лишь при одном условии, — если пассажир (или пилот) будет полностью погружен в воду; впрочем, в какой бы среде он ни находился, он так или иначе не сможет проявлять во время полета особого интереса к происходящему вокруг. Я считаю, однако, что подобного рода фокусы находятся уже за пределами разумного. Совершать пируэты вокруг этакой «булавочной головки», как Земля, бессмысленно и нецелесообразно. Люди будут облетать вокруг света за 80 минут спокойно и комфортабельно, но за 8 минут при известных ныне силовых установках они этого никогда не смогут проделать.

Оговорка, что наши рассуждения касаются только известных ныне силовых установок, отнюдь не является запоздалой попыткой перестраховать себя. Я думаю, что когда-нибудь мы будем располагать силовыми установками, принципиально отличными от ранее существовавших. Во всех без исключения известных нам средствах транспорта, пассажиры испытывают силу инерции в виде толчка; эта сила воспринимается или подошвами ног, или местом, на котором пассажиры сидят. Сказанное верно и для телеги, запряженной быками, и для велосипеда, и для автомобиля, и для ракеты. Но оно не обязательно должно оставаться правомерным в дальнейшем — на эту мысль нас наводит одно любопытнейшее свойство гравитационных полей.

Когда вы свободно падаете под воздействием силы притяжения Земли, скорость падения каждую секунду возрастает на 9,8 метра в секунду, но вы при этом вообще ничего не ощущаете. Это положение остается правильным для гравитационного поля любой мощности. Если бы вы падали, скажем, на Юпитер, приращение скорости падения составляло бы каждую секунду 27 метров, близ Солнца оно было бы равно 270 метрам, но вы все равно не ощущали бы воздействия какой-либо силы. Существуют звезды, известные под названием белых карликов, мощность гравитационных полей которых более чем в тысячу раз превышает мощность гравитационного поля Юпитера; вблизи такой звезды приращение скорости падения могло бы достигать каждую секунду 4200 метров; при этом вы опять-таки не испытывали бы ни малейших неудобств (до тех пор, конечно, пока не начали бы выбираться из такого поля).

Вы не испытываете никаких ощущений и физического напряжения в результате воздействия гравитационного поля любой интенсивности по той простой причине, что это воздействие испытывают одновременно все атомы вашего тела. При этом вы не ощущаете на себе толкающей силы, которая в условиях обычного движения сообщается вам через пол или кресло транспортной машины и проникает сквозь ваше тело не сразу, а последовательно, так сказать, слой за слоем.

Вы, конечно, уже поняли, к чему я клоню. Если мы, как я предположил в предыдущей главе, научимся когда-нибудь управлять гравитацией, то не только приобретем способность плавать в воздухе, подобно облакам. У нас появится возможность развивать ускорение в любом направлении, не ощущая ни малейшего физического напряжения или воздействия силы; пределы этой возможности будут устанавливаться только наличием энергетических ресурсов. Такой способ передвижения можно было бы назвать «безынерционным движением»; этот термин (и многое другое) я заимствовал у маститого писателя-фантаста д-ра Смита, который, правда, придавал ему несколько иное значение.

При таком движении наши транспортные средства могли бы останавливаться и отъезжать почти мгновенно. Что еще важнее, они были бы практически избавлены от любых аварий и катастроф. Защищаемые своими искусственными гравитационными полями, они могли бы сталкиваться друг с другом на скоростях порядка сотен километров в час, нанося ущерб разве только нервам своих пассажиров. Они могли бы поворачивать под прямым углом и разворачиваться кругом на одной точке; правда, реакции пилота оказались бы слишком замедленными для управления такими эволюциями, но безопасность и комфорт пассажиров ничуть не были бы нарушены. Притом независимо от величины сообщаемого таким машинам ускорения можно было бы предусмотреть непрерывное воздействие на пассажиров определенной некомпенсируемой силы, равной силе земной тяжести, чтобы они в полете всегда ощущали свой нормальный земной вес.

На Земле мы можем отлично обойтись без этих хитроумнейших способов движения, но в конечном счете они все равно появятся как побочный результат исследований космоса. Будем откровенны: ракета — малоцелесообразное средство транспорта, с этим согласится любой, кто мог наблюдать испытание мощного ракетного двигателя, находясь вне укрытия, примерно в полутора километрах от испытательного стенда. Мы обязательно должны найти способ потише, почище и понадежнее, который вместе с тем позволил бы нам переступить границы 6, 7, 8 и, наконец, 9-го диапазонов скоростей.

В дальней перспективе, — наверно, я заглядываю сейчас на несколько столетий вперед — мы поочередно применим и отбросим все виды транспортных средств, используемых нами в нашем восхождении к вершине спектра скоростей. Наступит время, когда межконтинентальная баллистическая ракета покажется такой же тихоходной, как ассирийская боевая колесница. Три тысячи лет, разделяющие их, — всего лишь мгновение в ходе исторического процесса, смыкающего прошлое с будущим; люди почти во все исторические эпохи будут интересоваться лишь двумя крайними участками спектра скоростей.

Я надеюсь, что им всегда будет приятно бродить по Земле со скоростью 3–4 километра в час, упиваясь красотой и таинственностью нашего мира. Но в часы, не посвященные этому занятию, они будут спешить и не успокоятся, пока не достигнут скорости света — этого предела скоростей.

Конечно, и эта скорость будет совершенно недостаточной для покорения межзвездного пространства, но для Земли она была бы равнозначна мгновенному перемещению. Световая волна может обежать вокруг земного шара за ¹/₇ секунды. Давайте разберемся, можно ли надеяться, что люди когда-нибудь смогут сами передвигаться с такой скоростью.