Голливуд врет: почему физика запрещает массовую эвакуацию с Земли на ракетах и как нас мог бы спасти взрыволет «Орион»

Голливудские блокбастеры приучили нас к красивой иллюзии:если Земле будет грозить уничтожение, мы построим гигантские корабли-ковчеги иэвакуируем человечество к другим звездам. Киноделы эффектно игнорируют законыастрофизики ради кассовых сборов. Вот только в реальности физический переносбиологической массы целого вида за пределы земной гравитации упирается вжесткие энергетические лимиты. Строгие расчеты показывают полнуюнесостоятельность традиционных ракет для решения этой задачи. Рассмотримпроблему через призму абсолютных цифр и безумных инженерных концепций.

Базовый энергетический минимум

Оценка реалистичности проекта начинается с вычисленияфундаментального предела. Преодоление гравитационного колодца Земли требуетзатрат энергии, равных кинетической энергии объекта, движущегося со второйкосмической скоростью (11.2 км/с).

Для перемещения одного человека массой 65 килограммов вглубокий космос требуется 4 гигаджоуля энергии. Это абсолютный физическийминимум. Способ доставки не имеет значения. Ракета, электромагнитная пушка иликосмический лифт потребуют минимум одной и той же энергии. В бытовомэквиваленте 4 гигаджоуля равны одному мегаватт-часу. Столько потребляет среднеедомохозяйство за полтора месяца работы всех приборов. В физическом эквивалентеэто грузовой фургон, доверху набитый качественными батарейками формата АА, или90 килограммов бензина на одного человека.

Умножение этой цифры на восемь миллиардов людей дает 8петаватт-часов энергии. Значение составляет около пяти процентов от всегогодового энергопотребления человечества. Цифра выглядит огромной, но техническидостижимой. Катастрофа кроется в способе доставки этой энергии на орбиту.

Тирания уравнения Циолковского

Использование традиционных химических ракет для массовойэвакуации разбивается о непреодолимый математический барьер. Ракета должнаподнимать не только полезную нагрузку, но и собственное топливо.

Формула идеальной ракеты Циолковского описывает зависимостьмежду скоростью корабля, скоростью истечения газов из сопла и массой топлива.Для ухода с орбиты Земли требуется набрать свыше 13 км/с. Скорость истечениягазов для лучшего химического ракетного топлива физически ограничена пределом4.5 км/с.

Соотношение этих скоростей возводится в экспоненту.Математика беспощадна: для вывода одной тонны полезного груза требуется от 20до 50 тонн химического топлива. Общая масса человечества составляет порядка 400миллионов тонн (без учета еды, систем жизнеобеспечения и самих кораблей). Выводтакой массы потребует десятков триллионов тонн горючего. Попытка использоватьуглеводородные смеси мгновенно истощит все разведанные мировые запасы нефти ещена стадии запуска первой волны. Химические ракеты находятся за пределами любойинженерной логики.

То, что могло нас спасти: ядерный взрыволет «Орион»

Осознание топливного тупика заставило физиков искатьрадикальные пути еще на заре космической эры. Единственный физически обоснованныйметод поднять в космос миллионы тонн груза — ядерно-импульсный двигатель.

Механика процесса выглядит безумно, но она работает. Корабльпоследовательно выбрасывает позади себя маломощные ядерные заряды. Зарядыдетонируют, а массивная отражающая плита-амортизатор на корме принимает на себяударную волну плазмы, толкая корабль вперед.

В 1960-х годах правительство США профинансировало разработкуэтой концепции под кодовым названием «Проект Орион». Физическое обоснованиепроекта под руководством знаменитого физика Фримена Дайсона доказало его работоспособность.Защитный экран не успевал испариться из-за миллисекундного времени воздействияплазмы. Теоретически такая система могла выводить на орбиту целые городскиекварталы за один рейс. Проект закрыли до создания летных прототипов из-заподписания международного договора о запрещении ядерных испытаний в атмосфере.

Так что в итоге?

А в итоге сюжеты фильмов-катастроф разбиваются о суровуютермодинамику. Запуск одного человека в космос — это сложнейшая логистическаязадача. Попытка переместить популяцию целиком с помощью привычных химическихдвигателей невозможна из-за ловушки уравнения Циолковского, потому что на Землепросто не хватит ресурсов. Так что единственным известным науке способом спастичеловечество остается использование ядерного арсенала в качестве импульсноготоплива. Но непрерывная серия атмосферных ядерных взрывов колоссальноймощности, необходимая для запуска таких ковчегов, гарантированно уничтожитбиосферу планеты еще до того, как последний корабль покинет атмосферу. Такаявот арифметика получается.