Вояджер

Возможно ли с современными технологиями запустить беспилотный рейс для возвращения «Вояджера-1»?

— Эллиот Беннет

Из всех объектов, созданных человеком, «Вояджер-1»^[1]↲Вояджер — название двух американских космических аппаратов, запущенных в 1977 году, а также проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии.↳ находится дальше всего от Земли. После пары гравитационных пинков от Юпитера и Сатурна он улетел из Солнечной системы на довольно большой скорости, и теперь ничто из того, что мы построили, не сможет его достать.

Как это ни странно, но пока я пишу эти строки, «Вояджер» приближается к нам, потому что Земля сейчас находится в той части орбиты, на которой она догоняет «Вояджер» быстрее, чем он улетает. Но через несколько месяцев мы окажемся с другой стороны от Солнца, и «Вояджер» опять начнет удаляться.

У него есть целых 35 лет форы, так что поймать его будет тяжело. Но это еще не самая большая проблема.

«Новые горизонты»^[2],↲Новые горизонты (англ. New Horizons) — автоматическая межпланетная станция НАСА, предназначенная для изучения Плутона и его естественного спутника Харона.↳ космический аппарат, направляющийся к границе Солнечной системы мимо Плутона, никогда не догонит «Вояджер»: он движется недостаточно быстро и летит не в ту сторону. Но он мог бы.

Причина, по которой «Вояджер» движется так быстро, заключается в том, что он получил ускорение за счет гравитации Юпитера и Сатурна, в то время как «Новые горизонты» пока только вблизи Юпитера.

Ускорение за счет гравитации не является чем-то парадоксальным, это как отскок теннисного мяча от двигающегося грузовика. Вот гироскоп — это ДЕЙСТВИТЕЛЬНО магия.

Если бы «Новые горизонты» не летел к Плутону, а подождал более благоприятного расположения планет (2030-е выглядят многообещающе), то он смог бы проскочить около Юпитера и Сатурна и поймать «Вояджер» всего через век или два! (При условии, что мы сможем попасть в «Вояджер» с такого большого расстояния. Но, бьюсь об заклад, нашим ракетостроителям это проще пареной репы^[3].)↲В оригинале: But I bet we could; our rocket scientists are pretty good at rocket science. Rocket science (ракетостроение) и rocket scientist (конструктор ракет) употребляются в том смысле, что ракетостроение — наука очень сложная, и люди, которые в ней заняты, чрезвычайно умны. Часто употребляется в фразах, обозначающих, что какая-то вещь на самом деле очень простая: «Это вам не рокет-сайнс!».

Конечно, догнать его будет не так трудно. Вернуться — вот это сложная задача.

«Вояджер» весит немногим меньше тонны и летит со скоростью 17 километров в секунду (если бы он летел в атмосфере, то это равнялось бы 50 Махам). И поскольку он вышел в межзвездное пространство, то вокруг больше не будет Юпитеров, за которые можно было бы зацепиться. И для остановки «Вояджера» потребуется очень много топлива.

Это то, что инженеры называют деспотизмом ракетного уравнения: если значение скорости изменяется линейно, то количество топлива, которое требуется для изменения этой скорости, растет экспоненциально. И это уравнение говорит нам, что для остановки 720-килограммового «Вояджера» нужно не менее 30 тонн топлива.

Чтобы доставить туда это топливо, нам потребуется еще больше топлива. А чтобы доставить туда это топливо, нам потребуется еще больше топлива. (Вот здесь деспотичное ракетное уравнение и принимает свой экспоненциальный характер.) В итоге, чтобы спасти «Вояджер», нам понадобится запустить флот из по меньшей мере 60 космических кораблей, размером с «Новые горизонты», заполненных только топливом.

Под силу ли нам это сделать? Конечно. Есть парочка реальных способов сделать это. Вместо постройки пяти-десяти дюжин залитых под завязку топливом ракет-носителей «Титан 3E»^[4],↲Титан 3Е — ракета-носитель, которая выводила на орбиту оба Вояджера и Гелиосы, о которых мы уже писали.↳ мы можем просто построить десять-пятнадцать ракет-носителей «Сатурн-5»^[5],↲Сатурн-5 — самая большая и мощная ракета-носитель, с ее помощью человек попал на Луну.↳ что позволит нам решить проблему всего за пару запусков. Но как бы мы ни поступили, это будет очень масштабный и дорогой проект, сравнимый с программой «Аполлон»^[6].↲Программа Аполлон

Разница между запуском ракеты, которую мы использовали для отправки «Вояджера» за пределы Солнечной системы, и флота, который нужен для путешествия в оба конца, просто поразительна:

Однако существует один способ обойти деспотизм ракетного уравнения: отказаться от ракет.

Ионные двигатели, использующие электрическое поле для ускорения выпускаемого газа, намного эффективнее химических ракет, и благодаря им разгон до больших скоростей становится намного более вероятным.

Причина, по которой мы не используем их для всего подряд — крайне малая тяга, из-за которой на разгон требуется много времени. Это как если бы у вас была машина с исключительным запасом хода, но с двигателем мощностью в одну лошадиную силу. (Кстати, вы уверены, что это не обычная лошадь?) Ионные двигатели прекрасны, хоть существующим образцам и понадобится вечность, чтобы сдвинуть вас с места.

Но раз уж поимка «Вояджера» в любом случае займет много времени, ионные двигатели нам отлично подойдут. Мы можем запустить зонд (вроде этого), который отправится вслед за «Вояджером», прицепится к нему, развернет и проведет его, замедляя в течение нескольких десятилетий.

Когда «Вояджер» потеряет почти всю свою скорость, притяжение Солнца заставит его начать медленный путь к внутренней области Солнечной системы, на который потребуется порядка 200 лет, и с помощью пары очень осторожных толчков мы сможем заставить траекторию его падения пересечься с орбитой Земли.

Два века спустя «Вояджер» доберется до Земли, и поскольку он не сможет замедлиться, спускаясь, то сгорит в атмосфере, потому что мы не додумались отправить со спасательным судном щит для атмосферного торможения. Таким образом, мы потратим несколько столетий работы, а также многие миллиарды долларов.

Может, лучше будет отправиться на спасательном судне к побережью Нового Южного Уэльса, что в Австралии. Там в водах бухты Джервис в 1964 году вследствие случайного столкновения затонул корабль «Вояджер», принадлежавший Австралийскому Королевскому Военно-морскому флоту.

Его, вероятно, будет проще достать.