какую перегрузку может выдержать обычный человек
Перегрузки и их действие на человека в разных условиях
В авиационной и космической медицине перегрузкой считается показатель величины ускорения, воздействующего на человека при его перемещении. Он представляет собой отношение равнодействующей перемещающих сил к массе тела человека.
Перегрузка измеряется в единицах, кратных весу тела в земных условиях. Для человека, находящегося на земной поверхности, перегрузка равна единице. К ней приспособлен человеческий организм, поэтому для людей она незаметна.
Если какому-либо телу внешняя сила сообщает ускорение 5 g, то перегрузка будет равна 5. Это значит, что вес тела в данных условиях увеличился в пять раз по сравнению с исходным.
При взлете обычного авиалайнера пассажиры в салоне испытывают перегрузку в 1,5 g. По международным нормам предельно допустимое значение перегрузок для гражданских самолетов составляет 2,5 g.
В момент раскрытия парашюта человек подвергается действию инерционных сил, вызывающих перегрузку, достигающую 4 g. При этом показатель перегрузки зависит от воздушной скорости. Для военных парашютистов он может составлять от 4,3 g при скорости 195 километров в час до 6,8 g при скорости 275 километров в час.
Реакция на перегрузки зависит от их величины, скорости нарастания и исходного состояния организма. Поэтому могут возникать как незначительные функциональные сдвиги (ощущение тяжести в теле, затруднение движений и т.п.), так и очень тяжелые состояния. К ним относятся полная потеря зрения, расстройство функций сердечно-сосудистой, дыхательной и нервной систем, а также потеря сознания и возникновение выраженных морфологических изменений в тканях.
С целью повышения устойчивости организма летчиков к ускорениям в полете применяют противоперегрузочные и высотно-компенсирующие костюмы, которые при перегрузках создают давление на область брюшной стенки и нижние конечности, что приводит к задержке оттока крови в нижнюю половину тела и улучшает кровоснабжение головного мозга.
Для повышения устойчивости к ускорениям проводятся тренировки на центрифуге, закаливание организма, дыхание кислородом под повышенным давлением.
При катапультировании, грубой посадке самолета или приземлении на парашюте возникают значительные по величине перегрузки, которые могут также вызвать органические изменения во внутренних органах и позвоночнике. Для повышения устойчивости к ним используются специальные кресла, имеющие углубленные заголовники, и фиксирующие тело ремнями, ограничителями смещения конечностей.
Перегрузкой также является проявление силы тяжести на борту космического судна. Если в земных условиях характеристикой силы тяжести является ускорение свободного падения тел, то на борту космического корабля в число характеристик перегрузки также входит ускорение свободного падения, равное по величине реактивному ускорению по противоположному ему направлению. Отношение этой величины к величине называется «коэффициентом перегрузки» или «перегрузкой».
На участке разгона ракеты-носителя перегрузка определяется равнодействующей негравитационных сил — силы тяги и силы аэродинамического сопротивления, которая состоит из силы лобового сопротивления, направленной противоположно скорости, и перпендикулярной к ней подъемной силы. Эта равнодействующая создает негравитационное ускорение, которое определяет перегрузку.
Ее коэффициент на участке разгона составляет несколько единиц.
Если космическая ракета в условиях Земли будет двигаться с ускорением под действием двигателей или испытывая сопротивление среды, то произойдет увеличение давления на опору из-за чего возникнет перегрузка. Если движение будет происходить с выключенными двигателями в пустоте, то давление на опору исчезнет и наступит состояние невесомости.
При старте космического корабля на космонавта действует ускорение, величина которого изменяется от 1 до 7 g. По статистике, космонавты редко испытывают перегрузки, превышающие 4 g.
Способность переносить перегрузки зависит от температуры окружающей среды, содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, длительности пребывания космонавта в условиях невесомости до начала ускорения и т.д. Существуют и другие более сложные или менее уловимые факторы, влияние которых еще не до конца выяснено.
Под действием ускорения, превышающего 1 g, у космонавта могут появиться нарушения зрения. При ускорении 3 g в вертикальном направлении, которое длится более трех секунд, могут возникнуть серьезные нарушения периферического зрения. Поэтому в отсеках космического корабля необходимо увеличивать уровень освещенности.
При продольном ускорении у космонавта возникают зрительные иллюзии. Ему кажется, что предмет, на который он смотрит, смещается в направлении результирующего вектора ускорения и силы тяжести. При угловых ускорениях возникает кажущееся перемещение объекта зрения в плоскости вращения. Эта иллюзия называется окологиральной и является следствием воздействия перегрузок на органы внутреннего уха.
Многочисленные экспериментальные исследования, которые были начаты еще ученым Константином Циолковским, показали, что физиологическое воздействие перегрузки зависит не только от ее продолжительности, но и от положения тела. При вертикальном положении человека значительная часть крови смещается в нижнюю половину тела, что приводит к нарушению кровоснабжения головного мозга. Из-за увеличения своего веса внутренние органы смещаются вниз и вызывают сильное натяжение связок.
Чтобы ослабить действие высоких ускорений, космонавта помещают в космическом корабле таким образом, чтобы перегрузки были направлены по горизонтальной оси, от спины к груди. Такое положение обеспечивает эффективное кровоснабжение головного мозга космонавта при ускорениях до 10 g, а кратковременно даже до 25 g.
При возвращении космического корабля на Землю, когда он входит в плотные слои атмосферы, космонавт испытывает перегрузки торможения, то есть отрицательного ускорения. По интегральной величине торможение соответствует ускорению при старте.
Космический корабль, входящий в плотные слои атмосферы, ориентируют так, чтобы перегрузки торможения имели горизонтальное направление. Таким образом, их воздействие на космонавта сводится к минимуму, как и во время запуска корабля.
Какие перегрузки может выдержать наш организм: испытания холодом, жарой, жаждой и голодом
Сразу предупреждаем: большинство героев этой статьи либо обладают некими врожденными особенностями, либо профессиональной подготовкой, либо им очень повезло. Не стоит брать с них пример и пытаться повторить их достижения.
Известно, что в некоторых уголках нашей планеты температура воздуха днем может подниматься до немыслимых отметок. Официально самая высокая температура была зарегистрирована 10 июля 1913 в Долине Смерти и составила +56,7 °C. Но при какой температуре может выжить человек?
Английские ученые Бланден и Чентри на собственном опыте выяснили, что человек способен несколько минут выдержать температуру + 160°С. Температуру + 100°С человек готов терпеть около получаса. Но для всего этого требуется сухой и неподвижный воздух, иначе можно заработать ожоги.
Холод
По данным Русского географического общества, минимальная температура, при которой люди кратковременно бывали на воздухе, составляет — 89°С. Это всего на 2 градуса выше, чем абсолютный рекорд самой низкой температуры (- 91,2°С), зафиксированной на нашей планете в 2004 году около станции Купол Фудзи, Антарктида (данные были получены со спутника).
Терпимость к низким температурам, кончено, напрямую зависит от одежды. Разумеется, ученым не приходило в голову выпускать в Антарктиде обнаженных испытуемых под холодный ветер, но врачам хорошо известно, что уже при температуре в — 20°С человек без одежды начинает стремительно терять тепло. Медицине известны случаи, когда удавалось реанимировать пациента после сильного переохлаждения. 23 февраля 1994 года двухлетняя Карли Козолофски находилась на двадцатиградусном морозе в течение шести часов. Температура тела малышки упала до + 14°С, но ее удалось спасти.
Гипоксия
Но тут есть несколько нюансов. Во-первых, у профессиональных подводников из-за многолетних тренировок объем легких может в два раза превышать показатели обычного человека. Во-вторых, перед погружением фридайверы активно перенасыщают организм кислородом, что у неподготовленного человека может вызвать обморок. В-третьих, во время задержки дыхания спортсмен перестает двигаться, чтобы снизить энергозатраты организма.
Перегрузки
Перегрузкой принято называть отношение абсолютной величины линейного ускорения, вызванного негравитационными силами, к стандартному ускорению свободного падения на поверхности Земли. Если говорить простыми словами, то перегрузка – это кинетическая энергия, поглощенная телом человека. Перегрузки измеряются в единицах стандартного ускорения свободного падения g и возникают в трех случаях: либо тело резко набирает скорость (и кинетическую энергию соответственно), либо резко сбрасывает, либо движется не по прямой. Если вы поедете на очень быстром поезде по идеально прямым путям с постоянной скоростью, то вам может показаться, будто вы вообще не перемещаетесь в пространстве. Настолько слабой будет перегрузка.
Когда человек просто стоит неподвижно относительно земли, то перегрузка составляет 1 g. Когда человек плавно взлетает на самолете, то перегрузка составляет уже 1,5 g. Космонавты возвращаются на землю в космическом корабле «Союз» с перегрузкой в 3-4 g. Здоровый человек способен выдержать длительную перегрузку в 8-10 g. А наибольший показатель кратковременной перегрузки, после которого человек выжил, составила невероятные 214 g. Пилот IRL IndyCar Кенни Брек испытал это неповторимое ощущение после столкновения с Томасом Шектером. Такая перегрузка сопоставима с 16 тоннами, придавившими пилота к креслу.
Голод
Шотландец Ангус Барбьери в 27 лет решил круто изменить свою жизнь. Причиной тому был лишний вес. И это еще мягко сказано. В начале 1965 года он весил целых 207 кг и никак не мог наладить личную жизнь. Ангус решил уволиться из закусочной, чтобы не искушать себя едой, и лег в больницу. Врачей он попросил проконтролировать свое лечебное голодание.
В больнице Барбьери отказался от твердой пищи и начал свой долгий путь к похуданию. Изначально голодовка должна была продлиться лишь 40 дней, но парень немного увлекся. За 382 дней он сбросил 125 кг и покинул палату в 1966 году с весом в 82 кг. Как же ему это удалось? Дело в том, что хитрый Ангус не ограничивал себя в питье, принимал витамины, с 92-го дня голодовки врачи назначили ему прием калия в таблетках, а с 345-го дня – соль для поддержания солевого баланса. После похудания он смог наконец жениться.
Жажда
Существуют неподтвержденные сведения о том, что в 1947 году в городе Фрунзе медикам удалось спасти 53-летнего мужчину, который находился без жидкости на протяжении 20 дней. Книга рекордов Гиннеса утверждает, что 1 апреля 1979 года Андреас Михавеч был задержан полицией и помещен в камеру предварительного заключения, находившуюся в подвале. После этого о задержанном забыли. Был ли это первоапрельский розыгрыш или ужасное стечение обстоятельств, но Андреас провел в камере без воды и еды 18 дней, но выжил, хоть и похудел на 24 кг. Он сам заявлял, что помещение было довольно сырым и он мог слизывать воду с камней.
Что губительнее для человека– перегрузки или скорость: мнение экспертов
Человеческое тело может выдержать многое, перед тем как наступит точка невозврата. В нас скрыт огромный потенциал, о котором мы даже не догадываемся. Историй о том, как люди чудом выживали в безвыходных ситуациях, хватает. Например, выпасть из окна выше пятого этажа – это всегда летальный исход? Многие ответят утвердительно. Но в мире ежегодно фиксируются сотни случаев, когда попавшие в смертельно опасную ситуацию люди выживали. Да, в этом есть большая доля чудесных стечений обстоятельств, но тем не менее счастливчики существуют.
А знаете ли вы, каков рекорд свободного падения с высоты, после которого человек выжил? В Книге рекордов Гиннесса внесена запись о жительнице Сербии Весне Вулович, которая пережила падение с высоты более 10 тыс. метров после разрушения на эшелоне пассажирского самолета.
Людей травят, и они травятся самостоятельно, их расстреливают, ставят невероятные эксперименты во имя науки (подготовка космонавтов и астронавтов), но из раза в раз есть во всем этом безобразии определенный процент выживших. Всегда!
К смертельно опасным испытаниям для человеческого организма относится скорость и ускорение. Все знают выражение «скорость убивает», но не многие догадываются, где находятся пороговые значения и какие факторы влияют на это.
Джеймс Энтони Павелчик
Доцент, ученый, изучающий физиологию, летавший на борту космического челнока NASA STS-90 в качестве специалиста по полезной нагрузке
Если человек выберется из самолета на скорости более 700 км/ч без защитного скафандра, все выступающие части тела будут оторваны или повреждены набегающим потоком воздуха. Поэтому даже теоретически трюк в фильме-катастрофе «Экипаж» не мог быть выполнен в реальной жизни:
[media=https://youtu.be/H-iFJoZOreM]
В воздухозаборнике скорость потока повышается, а в конце S-образного канала стоял третий двигатель, создававший дополнительную тягу. Шансов удержаться в таких условиях у человека не было бы ни единого.
Также астронавт отдельно подчеркнул, что существует еще и проблема непосредственного ускорения, когда на тело начинают действовать перегрузки.
В этом случае главным смертоносным элементом станет фактор интенсивности ускорения и времени ее приложения. Кратковременное ускорение в 40 g (это в 40 раз превышает силу притяжения на Земле) тренированный человек способен выдержать, примером может стать катапультирование пилота из истребителя.
Но стоит разогнать этого же гражданина на центрифуге с такой же перегрузкой в течение более длительного периода времени или увеличить ускорение, и человек погибнет. При этом внешних повреждений, вы, скорее всего, не обнаружите, но внутренние органы из-за дичайшего перепада давления будут повреждены. Впрочем, этого подопытный точно уже не заметит, поскольку через секунду-другую просто потеряет сознание: Перегрузка (летательные аппараты)
В завершение рассуждений Джеймс Павелчик подвел даже еще более удивительный итог:
Как в реальности чувствуются высокие перегрузки?
Вот как описали свои ощущения от перегрузок советские космонавты, пережившие запредельные перегрузки во время аварийного спуска с орбиты (оригинал статьи размещена на aif.ru «Союз» без номера. В 1975 году советские космонавты выжили, упав из космоса):
«Василий Лазарев, описывая свои ощущения в тот момент, сравнивал их с машиной, наехавшей прямо на грудь. Лазарев вспоминал: «Однажды, перенеся на центрифуге нагрузку в 10 g, я обратил внимание сопровождавшего меня врача на множество красных точек, покрывавших спину испытателя, которого крутили до меня. Врач спокойно ответил: «Это мелкие сосуды полопались. У тебя на спине то же самое». Но когда «Союз-18» летел к Земле, на его экипаж навалились перегрузки в 20 g. Какой величины тяжесть, давившая на космонавтов, достигла на пике, точно не известно. Василий Лазарев рассказывал, что специалисты, разбирая телеметрию, отметили, что на несколько секунд она выросла до безумных 26 g. В этот момент у космонавтов отказало зрение и была зафиксирована остановка сердца».
Скорость полета МКС на земной орбите – 27 360 км/ч. При этом исследователи чувствуют себя там вполне бодро
Ученые уверены, что во время будущих путешествий на Марс скорости, на которых покорители Солнечной системы будут перемещаться между планетами, составят порядка 56 тыс. км/ч. Практические эксперименты в этом направлении ведутся уже достаточно давно, поэтому данные показатели не выглядят каким-то невероятным испытанием.
Какие нагрузки испытывает пилот и пассажир самолета
Принято считать, что перегрузка в 1g действует на человека, который спокойно стоит или движется прямо с постоянной скоростью. Но, если скорость движения меняется, то меняется вес тела, а с ним и перегрузка. Обычный человек ощущает такие изменения, когда пользуется лифтом или катается в парке на аттракционах. Перегрузку примерно в 1,5 g переносят пассажиры сверхзвукового лайнера при взлете. Принято различать следующие основные виды перегрузок:
· кратковременные (их испытывают, например, водитель и пассажиры автомобиля при аварии);
· положительные, проявляющиеся, когда человек быстро поднимается в лифте или мотоциклист разгоняется на шоссе;
· отрицательные действуют при резком торможении (особенно эффектно это наблюдается в поезде);
При положительных перегрузках кровь отливает от головы и приливает к ногам. Это состояние переносится легче, чем наоборот, при отрицательных перегрузках. Перегрузки могут быть направлены в любую сторону (вверх, вниз, вбок, по диагонали), но противоположную направлению ускорения.
Профессии, связанные с перегрузками
2. Космонавты в спускаемом аппарате переносят довольно длительные перегрузки в 3-4 “джи”. Выдержать такое испытание может далеко не каждый даже подготовленный космонавт, в космический отряд попадают только пилоты, прошедшие сложные испытания и жесткий отбор.
Еще дальше пошли дятлы. Средняя скорость нанесения ударов дятлом — 20-25 движений за секунду. Если бы по дереву с такой скоростью била любая другая птица, то уже через несколько ударов она бы умерла от перегрузок. Измерения показывают, что перегрузки, испытываемые дятлом, достигают 1000 — 1200g. Это гораздо больше, чем могут выдержать организмы других животных, включая человека.
Как пилоты готовятся к перегрузкам
Чтобы выдерживать огромные постоянные перегрузки, людям героических профессий приходится:
· ежедневно тренироваться по несколько часов в день по специально разработанным программам, уделяя особое внимание мышцам шеи и спины чтобы максимально защитить позвоночник;
· используя тренажеры, настойчиво тренировать и укреплять вестибулярный аппарат;
· очень внимательно следить за здоровьем, регулярно проходить тестирования;
· особое внимание уделять весу, не допуская его увеличения, поскольку при повышенных нагрузках он создает дополнительный риск для сердца.
Как подготовиться к перегрузке пассажиру самолета
Чтобы избежать последствий от перегрузок в виде головокружений, головных болей, закладывания ушей при перепадах давления, выполняйте простые правила:
2. при взлете и посадке используйте кислые леденцы или жвачку;
3. во время полета принимайте побольше жидкости и постарайтесь отвлечься от процесса полета с помощью книги, журнала, беседы. Можно с пользой провести время, работая на ноутбуке.
Насколько быстрым и безопасным может быть космический полет для людей?
Мы, люди, одержимы скоростью. Не так давно появились новости о том, что студенты в Германии побили рекорд самого быстрого электромобиля и ВВС США планирует разработку гиперзвукового самолета, который сможет двигаться в пять раз быстрее скорости звука — быстрее 6100 км/ч. Эти самолеты будут перевозить не людей — но не потому, что люди не могут путешествовать с такой высокой скоростью. На самом деле люди уже двигались со скоростью, превышающей 5 махов. Существует ли какой-нибудь предел, за которым наше тело уже не сможет выдержать нагрузку скорости? Текущий рекорд скорости держится уже 46 лет. Когда он будет побит?
Нынешний рекорд скорости, с которой двигался человек, принадлежит тройке космонавтов миссии «Аполлон-10». Возвращаясь на Землю после облета Луны в 1969 году, капсула астронавтов разогналась до 24 790 км/ч относительно планеты Земля. «Думаю, сто лет назад мы и представить себе не могли, что человек может двигаться в космосе со скоростью почти в 40 000 км/ч», — говорит Джим Брей из аэрокосмической компании Lockheed Martin.
Но этот рекорд мы можем побить относительно скоро. Брей является директором экипажа проекта модуля «Орион» для американского космического агентства NASA. Космический аппарат «Орион» предназначен для перевозки астронавтов на низкую орбиту Земли и имеет хорошие шансы побить 46-летний рекорд самого быстрого путешествия.
Space Launch System (SLS), новая ракета, которая будет перевозить аппарат «Орион», совершит первые миссии с экипажем в 2012 году — облет астероида, захваченного на лунной орбите — с прицелом на многомесячную миссию на Марс в ближайшем будущем. В настоящее время дизайнеры представляют типичную максимальную скорость для «Ориона» в 32 000 км/ч. Но рекорд скорости «Аполлона-10» может быть превзойден, даже если придерживаться базовой конфигурации «Ориона».
«Орион» предназначен для самых разных целей, его скорость может быть намного выше, чем мы планируем сейчас».
И все же даже «Орион» не сможет представить наш полный скоростной потенциал. «Нет никакого практического предела скорости нашего путешествия, разве только скорости света», — говорит Брей. Свет движется со скоростью в миллиард километров в час. Сможем ли мы безопасно преодолеть разрыв от 40 000 км/ч до такой скорости?
Если допустить, что мы сможем преодолеть известные технологическе ограничения и построить быстрые космические аппараты, нашим хрупким водянистым телам придется иметь дело с новыми опасностями, которые вытекают из таких высокоскоростных путешествий. Возможные опасности могут появиться, если люди освоят путешествия быстрее скорости света, совершив потрясающую парадигму открытия или найдя лазейки в текущем физическом стане.
Борьба с перегрузками
Если мы разгоняемся до 40 000 км/ч, ускорение должно происходить постепенно. Быстрое ускорение и торможение могут быть смертельными для человеческого организма: телесные травмы во время дорожных катастроф появляются в процессе мгновенного падения скорости с десятков километров в час до нуля за доли секунды. Какова причина? Свойство Вселенной, известное как инерция, в результате которой объект с массой сопротивляется изменению состояния движения. Эта идея была выражена еще в первом законе движения Ньютона так: объект в состоянии покоя остается в состоянии покоя, и объект в движении пребывает в движении с той же скоростью и в том же направлении, пока на него не воздействуют внешние силы.
«Для человеческого тела постоянство — это хорошо, — объясняет Брей. — Переживать стоит только об ускорении».
Примерно век назад изобретение самолета, который может маневрировать на скорости, привело к тому, что пилоты стали сообщать о странных симптомах, сопровождающих изменения скорости и направления. Они включали временную потерю зрени и ощущения невесомости или дезориентации. Причиной были G-силы, гравитационные силы, G. Одна G равна притяжению земной гравитации к центру планеты, примерно 9,8 метра в секунду в квадрате (на уровне моря).
G-силы оказывают влияние вертикально, с головы до пят, или наоборот, и это может быть очень неудобно для пилотов и пассажиров. Кровь в ногах, которая испытывает влияние гравитационной силы, приливает к голове, когда мы делам вертикальную стойку. Глаза и веки наливаются кровью и пытаются вывалиться из орбит. И наоборот, когда ускорение свободного падения отрицательное, глаза и мозг испытывают нехватку кислорода, поскольку кровь собирается в нижних конечностях. Зрение затуманивается, становится серым, после чего может наступить полная потеря зрения, «затемнение». Высокая перегрузка может привести к обмороку, потере сознания, вызванной перегрузкой. Очень много пилотов погибло из-за невозможности видеть и последующего падения.
В такой центрифуге готовят пилотов к полетам
Среднестатистический человек может выдержать высокую перегрузку в 5 G с головы до пят, после чего отрубится. Пилоты, носящие специальные костюмы и натренированные напрягать мышцы торса так, чтобы кровь не утекала из головы слишком быстро, могут управлять самолетом при 9 G. «В течение коротких периодов тело человека может переносить нагрузки выше 9 G, — говорит Джефф Свентек, исполнительный директор Аэрокосмической медицинской ассоциации в Александрии, Вирджиния. — Но выдерживать их в течение долгого времени могут далеко не все».
Если на совсем уж короткие моменты, мы, люди, можем перетерпеть перегрузку намного выше, особо не пострадав. Рекорд мгновенной перегрузки принадлежит Элаю Бидингу-младшему, капитану американских ВВС. Он ехал задом наперед на санях с ракетных двигателем в 1958 году и принял на грудь (буквально) нагрузку в 82,6 G, когда сани разогнались до 55 км/ч за одну десятую секунды. Бидинг вырубился, но отделался лишь синяками на спине, продемонстрировав невероятные возможности организма.
Прямо в космос
В зависимости от транспорта, астронавты также переживали довольно высокие перегрузки — от 3 до 8 во время взлета и входа в атмосферу соответственно. Эти перегрузки, как правило, представлены давлением силы тяжести спереди назад, благодаря разумной практике привязывания космических путешественников к сиденьям, лицом ориентированным в направлении движения. Как только аппарат набирает скорость в 26 000 км/ч на орбите, астронавты ощущают свою скорость не больше, чем пассажиры коммерческого авиалайнера.
Микрометеориты будут не единственной помехой для будущих космических миссий, когда люди разгонятся до высоких скоростей. В процессе марсианской миссии придется решать другие практические вопросы, включая вопрос питания экипажа и увеличения продолжительности жизней его членов вследствие радиационного воздействия. Сокращение времени путешествия, впрочем, может смягчить эти проблемы, чем быстрее, тем лучше.
Космические путешествия нового поколения
Жажда скорости приведет нас к новым препятствиям. Новейшие судна NASA, которые могут побить рекорд скорости «Аполлона-10», по-прежнему будут полагаться на проверенные временем двигательные системы химических ракет, используемые со времен первых космических миссий. Но у таких систем есть существенные ограничения скорости из-за низкого количества энергии, которую они выпускают на единицу топлива.
Итак, чтобы достичь более высоких скоростей для отправки людей на Марс и за его пределы, ученые ищут новые подходы. «Системы, которые у нас сейчас имеются, достаточно хороши, чтобы доставить нас туда, — говорит Брей. — Но хотелось бы увидеть революцию в сфере реактивного движения».
Эрик Дэвис, старший научный сотрудник Института перспективных исследований в Остине, описывает три наиболее перспективных способа — с применением традиционной физики — которые помогут человечеству достичь приличных межпланетных скоростей. Если коротко, это три явления с выходом энергии: распад, синтез и аннигиляция антивещества.
Первый метод заключается в расщеплении атомов, как это делается в коммерческих ядерных реакторах. Второй, синтез, соединяет атомы в более тяжелые атомы — эта реакция питает Солнце и наши надежды на появление устройств термоядерного синтеза, которые «всегда в 50 годах от нас».
«Это продвинутые технологии, — говорит Дэвис, — но используют традиционную физику и хорошо зарекомендовали себя с рассвета атомного века». Разнообразные двигательные системы на базе синтеза и распада атомов могут в теории разогнать аппарат до 10% скорости света — а это, извините, 100 000 000 км/ч.
Лучшим способом разогнать космический аппарат будет антиматерия, доппельгангер обычной материи. Когда два этих вида вещества вступают в контакт, они уничтожают друг друга с выходом чистой энергии. Сегодня уже существуют технологии для производства и хранения (хотя и в мизерных объемах) антиматерии. Но производство антиматерии в разумных объемах потребуют дорогостоящих заводов следующего поколения, а проектирование двигателя на антивеществе будет еще дороже. Впрочем, ученые не сидят без дела, и, как говорит Дэвис, на чертежной доске есть немало хороших проектов.
Энергичный град
При скорости в несколько сотен миллионов километров в час каждая пылинка в космосе, от атомов водорода до микрометеоритов, становится мощной пулей, которая устремляется в корпус аппарата. «Когда вы движетесь с высокой скоростью, с такой же высокой скоростью движется и частица по отношению к вам», — говорит Артур Эдельштейн, занимающийся эффектами влияния атомов космического водорода на сверхбыстрые космические путешествия.
Хотя на один кубический сантиметр в космосе присутствует примерно один атом, космический водород превратится в бомбардировку интенсивной радиации. Этот водород вольется в субатомные частицы, которые будут проходить сквозь корабль, облучая экипаж и оборудование. При скорости в 95% световой, облучение почти мгновенно станет смертельным. Корабль раскалится до температуры плавления любого мыслимого материала, а вода в телах членов экипажа моментально вскипит. «Это довольно неприятные проблемы», — едко замечает Эдельштейн.
Быстрее света
Допустим, мы научились плавать, продолжая аналогию, сможем ли мы когда-нибудь покорить волны пространства-времени и начать путешествовать со сверхсветовой скоростью?
Устойчивая популярность сверхсветового движения, которая хотя и остается сугубо спекулятивной, не обходится без вспышек в темноте. Один из любопытных сценариев сверхсветового движения включает «варп-двигатель» вроде того, что был в сериале «Звездный путь». Так называемый двигатель Алькубьерре сжимает обычное пространства-времени, описанное эйнштейновской физикой, перед космическим кораблем, расширяя его позади. В результате судно остается в куске пространства-времени — варп-пузыре, пузыре деформации — который движется быстрее скорости света. При этом судно пребывает в состоянии покоя в обычном пространстве-времени, никак не нарушая фундаментальный предел световой скорости.
В чем подвох? Этот концепт требует экзотической формы материи, обладающей отрицательной массой, чтобы сжимать и расширять пространство-время. «Физика не запрещает отрицательную массу, — говорит Дэвис. — Но не знает таковых примеров и никогда не встречала ее в природе». Еще один подвох: работа ученых Сиднейского университета за 2012 год показала, что варп-пузырь будет собирать высокоэнергетические космические частицы, неизбежно взаимодействуя с содержимым Вселенной. Некоторые частицы могут проникнуть в сам пузырь, облучив корабль радиацией.
Обреченные бежать за светом
Неужели мы навсегда застряли на субсветовой скорости из-за нашей хрупкой биологии? От этого ответа зависит не только возможность установления нового человеческого (или галактического) рекорда скорости, но и перспективы нашего становления межзвездным сообществом. При скорости в половину световой, которой нас ограничил Эдельштейн, путешествие к ближайшей звезде займет 16 лет.
Но Миллис дает надежду. Глядя на то, как люди изобрели костюмы для того, чтобы справиться с высокой нагрузкой гравитации, и микрометеоритное экранирование для безопасного путешествия на потрясающей скорости, можно предположить, что мы разработаем способы преодоления скоростных барьеров одного за другим.
«Если уж технологии позволят развить доселе невиданные скорости, если будущая физика обнаружит такую технологию возможной, — говорит Миллис, — все это даст нам новые, невероятные возможности защиты экипажей».