В новом выпуске программы Event Horizon физик и ведущий эксперт NASA Лес Джонсон (Les Johnson) рассказывает о недооценённом потенциале космических тросовых систем и их способности совершить революцию в маневрировании на орбите. Обсуждение охватывает путь от неудачных экспериментов на «Шаттлах» до концепций межзвёздных путешествий на «электрических парусах» и использования магнитного поля Юпитера как гигантской электростанции.
🧵 Космические тросы: механика «бестопливного» движения 4:01
Космический трос — это не просто кабель, а сложная инженерная система, способная обеспечить движение аппарата без использования традиционного ракетного топлива. Лес Джонсон объясняет, что при развёртывании длинного провода (типичная длина — около 20 км или 12 миль) в условиях микрогравитации вступает в силу градиент силы тяжести. Земное притяжение тянет нижний конец троса сильнее, чем верхний, из-за чего вся конструкция выстраивается вертикально, указывая строго на центр планеты .
Основной механизм работы электродинамических тросов базируется на фундаментальной физике:
- Индукция: При движении проводника сквозь магнитное поле Земли (со скоростью около 8 км/с на низкой околоземной орбите) в проводе индуцируется электрическое напряжение .
- Замыкание цепи: Космический аппарат находится не в вакууме, а в ионосфере — разреженной плазме. Верхний конец троса собирает свободные электроны, они проходят через провод и выбрасываются обратно в плазму на нижнем конце .
- Сила Лоренца: Согласно правилу правой руки, на движущиеся по проводу заряженные частицы в магнитном поле действует сила. Эта сила буквально толкает трос и прикреплённый к нему корабль .
По словам Леса Джонсона, этот процесс позволяет либо генерировать электроэнергию (за счёт потери орбитальной скорости), либо, при наличии бортового источника питания, «толкать» аппарат, повышая его орбиту без граммов горючего .
🏗️ Космический лифт и материалы будущего 11:19
Идея космического лифта — троса длиной 30 000 миль, соединяющего Землю с орбитой, — долгое время упиралась в отсутствие подходящих материалов. Лес Джонсон отмечает, что сталь не способна выдержать даже собственный вес на такой дистанции . Однако открытие графена в начале 2000-х изменило правила игры: этот материал в 300 раз прочнее стали при том же весе .
Несмотря на теоретическую возможность, эксперт считает строительство лифта у Земли маловероятным по ряду причин:
- Риск столкновений: Любой спутник (включая группировки Starlink и МКС) пересекает плоскость экватора каждые 90 минут. Шанс столкновения с неподвижным тросом лифта со временем становится стопроцентным, что приведёт к катастрофе .
- Геополитика и терроризм: Уязвимость такой колоссальной структуры делает её легкой мишенью .
- Альтернатива: Джонсон полагает, что космические лифты гораздо эффективнее строить на Луне или Марсе, где требования к прочности материалов ниже, а орбитальный трафик практически отсутствует .
В качестве промежуточного решения он упоминает «лунный ротиватор» (lunar rotivator) — вращающийся 100-километровый трос, который может «подхватывать» грузы с поверхности Луны в момент касания и забрасывать их на орбиту .
🛰️ Забытые успехи и «проклятие» Шаттла 18:28
Широкой публике космические тросы запомнились по неудачному эксперименту на «Шаттле» (TSS-1R), когда трос оборвался. Лес Джонсон утверждает, что это создало ложное впечатление о неготовности технологии . На самом деле, в 90-е годы NASA и другие ведомства провели серию успешных миссий:
- SEDS-1 и SEDS-2: Успешное развёртывание 20-километровых тросов на беспилотных ракетах .
- PMG (Plasma Motor Generator): Демонстрация генерации электроэнергии с помощью 4-километрового троса .
- TiPS (Tether Physics Survivability Experiment): Эксперимент ВМС США, в ходе которого трос сохранял стабильность на орбите в течение 10 лет .
Джонсон сожалеет, что технология «лежит на полке» уже три десятилетия. Он считает, что современные спутники и станции (включая телескоп «Хаббл» или МКС) могли бы использовать тросы для поддержания высоты орбиты, экономя огромные средства на доставке топлива .
⚡ Электростанция в системе Юпитера 24:52
Юпитер обладает мощнейшим магнитным полем в Солнечной системе («мать всех магнитных полей», по выражению гостя) . Лес Джонсон рассчитывал, что трос, генерирующий 1 киловатт у Земли, в магнитном поле Юпитера способен выдать 1 мегаватт электроэнергии .
Основные тезисы по освоению Юпитера:
- Радиация как препятствие: Окрестности Юпитера смертельны для человека, поэтому обитаемые станции там невозможны .
- Лазерная передача энергии: Джонсон предлагает размещать автоматические станции-генераторы с тросами в радиационных поясах, а полученную энергию передавать с помощью лазеров на безопасное расстояние, где могут находиться научные базы или промышленные объекты .
- Промышленность будущего: Мегаваттные мощности позволят питать плавильные печи для добычи ресурсов на спутниках и астероидах .
⛵ Электрические паруса и прыжок к звёздам 28:28
Для полетов за пределы Солнечной системы Лес Джонсон выделяет технологию «электрического паруса» (E-sail), предложенную финским учёным Пеккой Янхуненом (Pekka Janhunen) .
Принцип работы E-sail:
- Центральный аппарат вращает сеть тонких, длинных (до 100 км) проводов, на которые подаётся положительный электрический заряд .
- Солнечный ветер состоит из летящих на огромной скорости протонов (положительно заряженных частиц).
- Заряженные провода отталкивают протоны солнечного ветра, создавая тягу .
По расчётам NASA Marshall, такая система может разогнать аппарат до скоростей, вдвое превышающих скорость «Вояджеров» . Для достижения 10% скорости света Джонсон считает наиболее перспективными лазерные паруса (как в проекте Breakthrough Starshot), однако они требуют создания сверхмощных лазеров и материалов, способных отражать 99,99% света, чтобы не расплавиться .
🚀 Ядерные импульсные двигатели: наследие Фримена Дайсона 44:50
Обсуждая проект «Орион» (Project Orion) — концепцию корабля, движущегося за счёт серии ядерных взрывов позади него, — Лес Джонсон вспоминает свою встречу с легендарным физиком Фрименом Дайсоном . Несмотря на слухи о том, что Дайсон стыдился участия в столь «опасном» проекте, при личном разговоре он с энтузиазмом вспоминал испытания .
Джонсон полагает, что:
- Запуск «Ориона» с Земли недопустим из-за разрушения биосферы .
- Такая система может стать «последней надеждой» человечества в случае угрозы уничтожения планеты .
- В мирное время подобные корабли должны строиться в космосе из материалов, добытых на Луне, чтобы не засорять атмосферу Земли радиацией .
👽 Взгляд физика на феномен НЛО и внеземную жизнь 1:09:59
Долгое время Лес Джонсон относился к сообщениям об НЛО скептически, считая их статистически маловероятными из-за колоссальных межзвёздных расстояний и «глубокого времени» (Земле 4,5 млрд лет, а человеческой технологии — всего 100 лет) .
Однако ситуация изменилась в 2017 году после публикации видео с радаров и инфракрасных камер ВМС США (случай «Tic-Tac») .
По мнению Джонсона:
- Когда данные поступают одновременно от нескольких сенсоров (визуальный контакт, радар, ИК-датчик, сонар), игнорировать их нельзя .
- Это не обязательно инопланетяне — это могут быть секретные испытания технологий (хотя он сомневается, что это разработки России или Китая) .
- Обществу пора прекратить высмеивать свидетелей подобных явлений и начать серьезное научное расследование, как это делают в некоторых странах Европы (например, французская группа GEPAN) .
📚 Роль научной фантастики в NASA 1:24:29
Лес Джонсон, будучи сам автором научной фантастики, отмечает глубокую связь между литературой и реальной наукой. Он рассказал о любопытном исследовании психологов в NASA, которые пытались найти общие черты у главных инноваторов агентства .
В результате опроса выяснилось, что две главные вещи, вдохновившие практически всех ведущих инженеров и учёных NASA, — это «Аполлон» и сериал Star Trek (Звёздный путь) . Джонсон также поделился личной историей: после смерти знаменитого фантаста Бена Бовы (Ben Bova) его вдова попросила Леса завершить последний, неоконченный роман мастера — «Pluto» (Плутон), который вышел в ноябре 2023 года .
