Остановить Юпитер

«Новые горизонты» сделал гравитационный маневр у Юпитера, чтобы разогнаться по пути к Плутону. Как я понимаю, Юпитер при этом слегка замедлился. Сколько таких маневров понадобится, чтобы полностью остановить Юпитер?

— Диллон

Больше, чем мы можем себе позволить.

Космические аппараты иногда пролетают близко к тяжелым и быстро движущимся планетам, чтобы набрать побольше скорости, не расходуя топливо^[1].↲Идея «чтобы ускориться, нужно приблизиться к планете и улететь от нее» может звучать странно: кажется, что при отлете мы потеряем всю скорость, набранную во время сближения. В действительности же гравитация ни при чем: ее с успехом могут заменить тросы или пружины, научись мы делать их достаточно большими. Облет вокруг планеты можно сравнить с «отскоком» от нее, а движение небесного тела даст дополнительный толчок — как если бросить теннисный мячик в лобовое стекло едущего навстречу грузовика. Можете заглянуть в статью про Вояджер или, по крайней мере, посмотреть там картинку с теннисным мячиком и грузовиком.↳ Согласно закону сохранения импульса, сама планета при этом слегка замедляется, но на деле это никого не волнует.

Такие маневры практически не влияют на скорость планет, ведь они куда тяжелее космических аппаратов. Пролетая мимо Юпитера, «Новые горизонты» набрал 4 000 м/с, а планета потеряла порядка 10^-21 м/с^[2].↲Расчеты вовлекают довольно сложную геометрию — меняются как скорость, так и направление движения. Если хотите узнать больше, вот отличное исследование.

Потеря 10^-21 метров в секунду не кажется существенной, но приведет к легкому изменению орбиты Юпитера, сокращению его года и уменьшит расстояние до Солнца. Благодаря нашему маневру юпитерианский календарь отклонится на несколько десятков наносекунд ко времени, когда Солнце станет красным гигантом!

«Несколько десятков наносекунд» — слишком маленькое отклонение, нам понадобится больше маневров. Сколько же мы потянем?

За 2001–2016 годы правительство США потратило на миссию «Новых горизонтов» где-то 700 миллионов долларов. Другие правительственные расходы за этот период составили 47 879 840 000 000 долларов. Если урезать прочие траты^[3]↲Там, вроде, ничего важного.↳ и вложить эти средства в постройку «Новых горизонтов», можно запустить 68 000 таких зондов.

А вот здесь возникнут проблемы. Начнем с того, что топливом для «Новых горизонтов» служит плутоний, полученный из урана в реакторе, и на борту его около 10 кг. Для 68 000 «Новых горизонтов» понадобится существенная часть мировых запасов урана.

Дальше — хуже^[4].↲С плутонием всегда так.↳ При запуске космического корабля с плутонием на борту NASA оценивает шансы аварии с высвобождением радиоактивных материалов в атмосферу. Обычно вероятность около 1 к 300. Так что для 68 000 запусков стоит ждать чуть больше 200 радиационных аварий, а это не радует.

Но оно бы того стоило, замедли мы Юпитер! К сожалению, 68 тысяч «Новых горизонтов» и близко не справятся с этой задачей. Мы украдем лишь крохотную часть скорости Юпитера, задержав его за время жизни Солнечной системы на пару миллисекунд.

Чтобы запустить больше аппаратов, можно удешевить постройку. Но рано или поздно у нас закончатся материалы, и на все эти запуски определенно не хватит топлива. Предположим, что мы построим что-то типа космического лифта, чтобы сэкономить на стартах. У нас довольно быстро не станет урана для производства плутония, но его можно заменить свинцом — в общем-то, аппарат не должен работать на самом деле.

Но в конце концов у нас кончится и свинец. Если взять что-то другое — камни, например, или мусор, — то и этих материалов не хватит. В отчаянных попытках замедлить Юпитер нам придется в какой-то момент запихивать камни и грязь в мешки с логотипом NASA на боку.

А потом, верите или нет, у нас кончатся камни.

В земной коре столько всякой всячины^[5]↲Вполне технический термин.↳ — пусть мы даже снимем несколько десятков километров сверху и отправим их к Юпитеру (чисто для протокола — я так делать не советую), замедлить газовый гигант получится на каких-то полтора километра в час.

Как можно догадаться, план не сработает. Земля намного легче Юпитера^[6],↲Масса Земли — почти в точности π миллиюпитеров.↳ поэтому запусти мы хоть всю родную планету к нему, замедлить гиганта выйдет лишь на долю процента — меньше сотни километров в час. Здесь пригодится наша аналогия с теннисным мячиком и грузовиком. Чтобы остановить фуру мячиком, нужно придать снаряду больший импульс — либо сделать невероятно тяжелым, либо очень сильно разогнать — или и то и другое.

По сути, вот и беда этой идеи. Гравитационный маневр — это как бросить теннисный мячик в мчащийся грузовик. А чтобы остановить его…

…понадобится ужасно большой теннисный мяч.