Артур Кларк - Черты будущего
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).