Пол Андерсон. Космический корабль на бумаге

Космический корабль на бумаге

Видит Бог, научная фантастика довольно скоро утратила бы свою жизнеспособность — и своих читателей, включая меня, — если бы ограничивалась рамками представлений какого-то одного человека о том, что такое научная фантастика. Все, от максимально строгого логического развития от исходных предпосылок до самого разнузданного фарса, сатиры, бурлеска, приключений, романтики, поэзии, личных и социальных проблем, а также проблем уроженцев Сириуса X, включалось в нее и должно оставаться включенным. Что касается научной обоснованности, я полностью согласен с Энтони Бучером, что между научной фантастикой и «чистой» фантазией не существует такой границы, которую можно было бы очертить. Меня только раздражает лицемерность заявлений, что добавление небольшого количества малоосмысленной болтовни переводит историю из класса волшебства в класс науки. Давайте наконец признаем, что большая часть того, что считается научной фантастикой, на самом деле чистейшая фэнтези.

Но давайте также признаем вытекающее из этого следствие, что в наши дни научным направлением, к сожалению, пренебрегают, хотя по сути это одна из самых богатых и интересных областей, открытых для писателя-фантаста. Тщательную, детальную экстраполяцию, опирающуюся на известные нам научные сведения (в отличие от диких скачек, скажем, путешествий во времени, прыжков через гиперпространства или псионики) стало трудно найти. В результате же научная фантастика утратила наиболее свойственный ей привкус.

Я считаю, что виноваты в этом прежде всего авторы и редакторы, а не изменение предпочтений читательской аудитории. По крайней мере, судя по той радости, с какой были встречены романы «Экспедиция «Тяготение». «Пески Марса» и «Ничейная пятница» [Рекса Гордона] — средний читатель все так же наслаждается хорошо написанной тяжеловесно-научной историей, как и во времена Гернсбека. То, что ему непонятно в технических деталях, он может легко пролистать; но как правило затем он попытается разобраться в этом. Я хорошо помню себя в возрасте тринадцати лет или около того, корпевшего над книгами по теории относительности, термодинамике и т. п., чтобы выяснить, что, черт возьми, означали эти «континуумы» и «энтропии». (Разочарованием было обнаружить, что многие авторы тоже не знали, но к тому времени хотя бы сам я кое-чему научился.) И я не был уникален. Довольно много ученых и инженеров признают, что как раз подобные стимулы и привлекли их впервые к нынешней сфере деятельности.

Есть две очевидные причины, почему подлинно научная фантастика стала редкостью. Утверждение о том, что она слишком «тяжеловесная» и недостаточно «гуманитарная» для современного читателя, это чистой воды надувательство; персонажей не обязательно делать картонными, а повествование — крайне замедленным для того, чтобы общий фон имел оттенок подлинности. Эрнест Ганн написал весьма захватывающий роман «Мощность и высота», основанный на технических деталях современной авиатехники, и не менее сложных, чем техника будущих космических полетов.

Нет, проблема, во-первых, в том, что все меньше soi-disant[так называемых] писателей-фантастов разбираются в науке; и они слишком ленивы, чтобы искать информацию. А во-вторых, даже если вы обладаете такими знаниями, писать сложную научную историю — чертовски тяжелая работа.

Но ведь заодно это чертовски весело, если вам вообще нравится использовать свой мозг. И это вознаграждается — не столько в финансовом смысле, поскольку редакторы, похоже, покупают это не с большей охотой, чем хитроумные вариации на стереотипные «социологические» темы, — сколько полученным знанием, пониманием, которое приходит только в результате решения проблем.

Стремясь поучаствовать в поддержке всего этого, я недавно присоединился к Клементу, Кларку и компании в написании статей с истинно научной основой. Не чисто научных, конечно. И не обязательно на сопоставимом уровне. Но жажда действий уже была сильна, даже если математика пока и слаба. «Расчетливый человек» (Astounding Science Fiction, февраль-апрель 1958 года) [повесть, впоследствии переработанная в роман «Война крылатых людей»] задумывался как строго научный. И на момент написания этой статьи Джон Кэмпбелл взял в печать немного более короткую повесть «Мы кормили наше море».

В последнем случае речь идет об аварии на космическом корабле, и я предлагаю обсудить планирование этого космического корабля, чтобы дать некоторое представление о том, что лежит в основе историй такого типа. Сюжет постараюсь не раскрывать, поскольку, возможно, повесть еще не будет опубликована на момент выхода этой статьи. Вкратце, моя идея (насколько я знаю, новая) заключалась в том, что общая теория относительности дает некоторую надежду на подобие путешествий быстрее света, поскольку в модели Эйнштейна гравитационное взаимодействие не имеет скорости. (Или имеют «бесконечную скорость», что будет менее точным способом сказать то же самое.) Если бы существовал какой-то способ модулировать силы этого взаимодействия, например управлять флуктуациями превращений материи в энергию и наоборот, соответствующим состояниям в виде частицы и в виде фотона (это почти идеал), то теоретически может быть возможным использовать такой модулированный сигнал для управления передатчиком материи (опять же, не нарушается никакой из известных физических принципов, поскольку передаётся и воссоздаётся в материальной форме на другом конце лишь шаблон, не пересылаются никакие атомы). Чтобы реализовать эту возможность на практике, нужно преодолеть закон обратных квадратов посредством каких-то средств фокусировки и / или ретрансляции; и это было единственное допущение, которое я позволил себе, для которого в настоящее время нет экспериментального обоснования. Такое возможно — и это в целом не слишком чрезмерное допущение.

Имея сеть таких передатчиков по всей галактике, вы сможете «мгновенно» перемещаться от одной звезды к другой. Это еще не все — подробности смотрите в самой повести, — но вот основная идея. Однако очевидно, что для начала нужно как-то доставить ваш приемник/передатчик в пункт назначения, что можно сделать только с помощью космического корабля. Такой космический корабль вполне может путешествовать столетия, прежде чем достигнет конкретной звезды, хотя при этом будет оставаться в постоянном контакте с домом через свой передатчик материи. Я предположил, что люди будут помесячно нести одиночные вахты в глубоком космосе, сменяясь с помощью этого передатчика. В конце путешествия можно будет отправить целую команду для управления кораблем и создания новой станции.

Для моих целей потребовалась катастрофа, которая отрежет один из таких кораблей от остальной Вселенной. Что за катастрофа? Ну, для начала, разберемся, каким должен быть этот космический корабль.

На ум приходит целый ряд взаимосвязанных вопросов, но для того, чтобы с чего-то начать, я спросил себя, с какой скоростью может этот корабль двигаться?

Уточним соотношение масс, необходимое для достижения скорости, достаточно большой, чтобы применялись законы Эйнштейна. Оно такое:

[ (1+v/c)/(1-v/c) ]^c/2k

где v — достигнутая скорость, k — скорость истечения газов реактивного двигателя и c — скорость света. Обратите внимание, что это экспоненциальное уравнение, т.е. величина в скобках возведена в степень c/2k. Ничто не мешало мне допустить использование термоядерной электростанции с огромной выработкой энергии на основе ядерной технологии, способной дробить атомы и соединять их снова практически любым желаемым способом. Принимая это во внимание и делая дальнейшее разумное предположение, что корабль не предназначен для посадки на какую-либо планету, а будет всегда использоваться в безвоздушном пространстве, очевидно, что лучшим двигателем будет ионный привод: линейный ускоритель, разгоняющий ионы (какие именно?) до высоких скоростей (насколько высоких?) за счет электростатики.

Ионы водорода, то есть протоны, казались хорошим выбором, поскольку их не сложно ускорять; из нашей формулы ясно, что чем менее массивна отдельная частица плазмы, тем эффективнее будет сам плазменный луч, но существует ряд возражений против еще меньших тел, таких как электроны. Конечно, чего бы вы ни выбрасывали, вы должны одновременно избавиться от равного этому и противоположного заряда, иначе потенциалы скоро возрастут до такой степени, что ваша реактивная струя протонов будет притягиваться обратно. Сначала я собирался выпускать параллельно поток электронов. Но необходимость симметрии, чтобы тяга не была несбалансированной, делала это слишком неудобным — помимо прочих проблем, связанных с таким гигантским катодом. Почему бы вместо этого не использовать параллельный плазменный луч из отрицательно заряженных антипротонов?

Поэтому в итоге я решил расщеплять вещество реактивной массы (ртуть, выбранную по причинам, приведенным ниже) на энергию, преобразовывать эту энергию в пары протон-антипротон, разделять их мощным магнитным полем и ускорять по двум параллельным наборам колец с большой разницей потенциалов. Несомненно, любой, кто когда-либо возился с плохо отлаженным беватроном, с желчью посмотрит на такое предложение; но на самом деле инженерно это не намного больший рывок от уже существующих достижений, чем, скажем, от первых экспериментов с делением урана до первого крупномасштабного водородного синтеза. Я признаю, что здесь, как и везде, с моей стороны есть элемент произвола при выборе; возможно, пары электрон-позитрон или даже соосные лучи из ядер и электронов окажутся более практичными. Мы не можем по-настоящему узнать это, пока не попробуем, поэтому по моим ощущениям этот мой конкретный ионный двигатель так же оправдан, как и любой другой.

Какая скорость будет у частиц в этих пучках в конце системы линейного ускорения? Здесь снова некоторый произвол с нашей стороны. В идеале их нужно ускорить как можно ближе к скорости света. Я мог бы постулировать такую возможность, если бы захотел. Но я вовсе не был уверен, что подобная эффективность вообще достижима. И уж, во всяком случае, не в первые дни ионных двигателей, а корабль в этой истории относится к той эпохе. Более того — скажу уж честно — катастрофа, которую я предполагал, не смогла бы произойти, если бы потоки ионов оказались слишком высокой энергии. А ведь нет катастрофы — нет интересной истории.

В конце концов я остановился на компромиссе ¾ с. Это означает, что кинетическая энергия протона 466 Мэв и его масса в 1,5 раза больше массы покоя, а для этого требуется разница потенциалов в 466 миллионов вольт. Если ионный ускоритель имеет длину 100 метров, это означает напряженность поля 4,66 миллиона вольт на метр, очень высокое, но не чрезмерное.

Мне уже много лет не доводилось использовать эти физические знания. Потребовалась пара дней, чтобы хотя бы просмотреть их, освежить память, провести расчеты, исправить ошибки и сделать расчеты заново. В процессе всего этого иногда оказывалось, что по какой-то причине нужно изменить один из параметров — и это влекло за собой изменение соотношений во всем остальном.

Что ж, идем далее. Согласно формуле, при такой скорости реактивной струи мы можем достичь скорости ½ с, используя соотношение масс 4,35. Совсем неплохо. Современные инженеры-ракетчики были бы счастливы обходиться таким малым. (Я пренебрег преодолением гравитационного поля, так как масса, необходимая для того, чтобы покинуть наше солнце и маневрировать в системе на другом конце путешествия, оказалась настолько малой, что ее можно запросто занести в графу «всякая полезная нагрузка».) Но ух ты, вот еще что! — это не военная ракета для поражения цели, сынок. Корабль должен замедлиться в конце путешествия. И замедление не просто удваивает соотношение массы, но делает это в квадрате. Кораблю потребуется 17,8 тонны ртути на каждую тонну корпуса, двигателей и полезной нагрузки. Этот ограничивающий фактор — веская причина для того, чтобы быть консервативным и не пытаться идти быстрее, чем ½ с.

При такой скорости из-за эффекта Доплера звезды в кормовой части будут желтовато-красные, в сдвинутом в инфракрасную сторону свете, а в носовой части — в сторону ультрафиолета. Более того, аберрация заставит их казаться сгруппированными спереди и сзади, избегая перпендикулярной движению плоскости корабля; на самом деле звезда, расположенная точно перпендикулярно линии полета, будет казаться смещенной примерно на 26°. Внешний вид неба окажется крайне необычным. Много поразмыслив над возникающими в результате оптическими и навигационными проблемами, я обнаружил, когда сюжет моей истории окончательно оформился, что эти сведения мне не пригодятся, поскольку к моменту начала событий корабль уже замедлится.

Ну ладно. Запомним эти обстоятельства и используем в другой раз.

Но насколько велик наш корабль? И снова придется полагаться на догадки. Но, как мне кажется, 1000 метрических тонн — это совсем не много для судна плюс полезная нагрузка плюс запас топлива, если ему предстоит бродить по незнакомой планетной системе и посылать небольшие суда, чтобы те где-нибудь приземлились и построили приемопередающую станцию. Да будет так. Итак, общая начальная масса — 18 800 тонн. Это ужасно большая масса.

Впрочем, не такая уж и ужасная. Давайте будем использовать ртуть и разделять ее на пары протон-антипротон, как описано выше. Ртуть обладает одновременно высокой плотностью и текучестью; она, конечно, ядовита, но защититься от этого не сложно. Корабль может стартовать со вспомогательными подвесными баками реактивной массы, поступающей к двигателю через топливопроводы. Когда баки опустеют, их можно либо выбросить, либо (что еще лучше) сделать из них вспомогательное устройство, которое понадобится в конце путешествия. Гм-м-м, неужели мы изобрели что-то, о чем до сих пор не упоминалось в научной фантастике? Скорее всего, нет. В любом случае, это просто рассуждения по ходу дела.

Разумным кажется движение с ускорением в 1 g. Масса в секунду, которая должна выбрасываться при ¾ с, чтобы воздействовать на объект весом 18 800 тонн с силой, соответствующей этому, оказывается отрадно низкой, менее одного килограмма. Но такое требует тока около 52 миллионов ампер, мощности 2,4 • 1016 Вт. Очевидно, что это непростая инженерная задачка! Но, я думаю, не за гранью возможного. В середине полета, когда двигатели выключат, чтобы развернуть их в другую сторону, останется масса 4,35 тыс. тонн, и максимально возможное ускорение будет такое же по числовому значению; а в конце путешествия двигатель корабля сможет создавать ускорение до 18,8 g. Так уж получилось, что ни один из этих результатов в самой повести не понадобился; но они сделали корабль более реальным для меня.

Какой у него размер и форма?

В этом отношении у меня имелось несколько более или менее правдоподобных идей. Поначалу я предполагал, что в результате катастрофы корабль может на высокой скорости внезапно попасть в мощное магнитное поле и будет сильно замедлен вихревыми токами. Тщательный поиск по старым текстам позволил мне найти особенно простую формулу потери мощности для замкнутого металлического кольца в таких условиях. И судно в форме колеса казалось вполне подходящим для моих целей, с несколькими очевидными преимуществами. И снова я потратил пару дней на прикидки. Затем оказалось, что потеря вихревого тока, которая мне требовалась, превратит корабль в раскаленный газ. Я счел, что это не вполне соответствует моим целям.

Ну, во всяком случае, магнитное поле способно отклонить поток ионов — а температура плазменных лучей корабля эквивалентна трем миллионам миллионов градусов... гм-м-м. В этот момент мне попалось эмпирическое уравнение Блэкетта, связывающее угловую скорость и магнитное поле. Звезда, превратившаяся в черного карлика, судя по всему, имеет достаточную плотность для того, что мне нужно, и способна вращаться с фантастической скоростью. Предполагая, что уравнение справедливо при любых условиях, получаем, что звезда может иметь магнитное поле более чем в сто раз сильнее, чем у Солнца, без каких-либо проблем. На расстоянии миллиона километров это поле все еще будет достаточно сильным, чтобы отклонить мой поток ионов на кольца его ускорителя, тем самым разрушив их и — что более важно — устройство модуляции гравитационных волн. Даже если предположение Блэкетта неверно, нет известной причины, по которой мертвая звезда не могла бы обладать таким мощным полем; вовсе не мертвая звезда 78 Девы явно обладает магнитным полем такого порядка.

На самом деле все вышеизложенное продумывалось в обратном порядке. Какая напряженность поля требуется, чтобы с расстояния миллион километров отклонить луч плазмы на один сантиметр? Определив это, я воспользовался для оправдания формулой Блэкетта. Поскольку никому не придет в голову настолько приближаться к ярко сияющей звезде, мне пришлось строить свою историю вокруг уже сгоревшей. Даже осмотрительные космонавты вполне могли не заметить опасности, поскольку во всем их предыдущем опыте не было ничего подобного... Только когда это было решено, я произвел окончательные расчеты всех указанных выше величин.

Что касается формы корабля, то для моей истории вовсе не требовался пончик, и потому сфера была наиболее правдоподобной. Почему бы не уменьшить ее массу, сделав из армированного пластика, а не из металла? Возникло также несколько других мыслей, таких как уравновешивающие резервуары, в которые можно перекачивать ртуть, чтобы сбалансировать внутреннее распределение массы. Расчет показал, что перекачивать ртуть из контейнера в контейнер при ускорении не получится. Опять же отчасти произвольно, я решил, что корпус будет диаметром 50 метров, и потому, предполагая, что его материал имеет плотность 1,5 г / см3, его масса 235 тонн. Гироскопам любого разумного размера и скорости все равно потребуется около получаса, чтобы полностью повернуть его в любом направлении; этот факт стал важным моментом в повествовании. Двигатели, предположительно, располагались бы на корме, а стометровые системы линейных ускорителей выступали бы за кормой в 30 метрах друг от друга. (Большая часть этих размеров были определены построением аккуратного чертежа корпуса корабля.) Проведенный на всякий случай расчет подтвердил, что два потока противоположно заряженных ионов не будут существенно притягиваться друг к другу. Палубы на чертеже были визуализированы в виде срезов сферы, параллельных направлению ускорения. Ртуть на борту хранилась между двумя средними палубами, одна из которых опускалась по мере снижения запасов. Пилоту я выделил турельную башенку на самом носу.

Потребовалось две или три недели напряженных изысканий, чтобы получить эти фрагментарные результаты. Отчасти из-за того, что я уже несколько подзабыл физику, но отчасти из-за общей взаимосвязи всех этих отдельных вопросов и величин, так что небольшое изменение одной из них означало изменение всей конфигурации. При этом требовалось технические характеристики сделать такими, чтобы могла произойти моя авария; однако значения их должны быть продуманными, чтобы катастрофа выглядела правдоподобной и такой, которую инженеры не могли предвидеть.

Затем уже создавалась сама история, биографии всех основных персонажей, краткая летопись событий за предыдущие годы. Также потребовались небольшие исследования по таким темам, как астрономия, Внешние Гебриды и дзен-буддизм — но все это совсем не то, что я хотел обсудить здесь.

Надеюсь, результат вам понравится. (Astounding, август и сентябрь 1958, а в Lippincott это выйдет как «Враждебные звезды».)