Сергей Суворов - О чем рассказывает свет
При запуске этой ракеты была поставлена задача сфотографировать обратную сторону Луны. Эта сторона Луны никогда не поворачивается к Земле и потому до сих пор была неизвестна людям. Последняя ступень посланной ракеты имела специально оборудованную автоматическую межпланетную станцию. Траектория полета станции была сложной; станция должна была облететь Луну «снизу вверх» и с того же направления (относительно места запуска) вернуться к Земле, проделав таким образом петлю вокруг Луны[4]. В этой книжке, посвященной свету, мы остановимся только на одной проблеме: на телеуправлении.
Прежде всего, задача состояла в том, чтобы при облете Луны с ее обратной стороны автоматическая межпланетная станция ориентировалась в пространстве: надо было, чтобы объективы ее фотоаппаратов повернулись к Луне в то время, когда станция находилась на линии Солнце — Луна. Эта ориентация достигалась двумя этапами. Сначала специальные солнечные датчики ориентировали станцию на Солнце. Система ориентации прекратила кувыркание станции, и в то время как солнечные датчики были направлены на Солнце, закрытые фотообъективы, находящиеся на противоположном конце контейнера, были направлены на Луну. Затем система ориентации на Солнце отключилась и специальная оптическая ориентация, реагирующая на лунный свет, уточнила наведение объективов на Луну. Этот момент был заранее выбран так, чтобы Земля в это время находилась в стороне от линии Солнце — Луна и отраженный от нее свет не мешал окончательному уточнению ориентации объективов на Луну.
После того как ориентация была окончательно уточнена и станция поднялась над противоположной стороной Луны настолько, что фотообъектив мог обозреть наибольшую ее площадь, с Земли по радио был дан приказ включить систему фотографирования.
Фотографирование длилось в течение сорока минут. Все это время система ориентации направляла фотообъективы на Луну. Затем, когда фотографирование было закончено, а изображения были автоматически проявлены и закреплены, и когда станция уже вновь приближалась к Земле, с Земли был послан новый приказ. По этому приказу начала работать телевизионная передача фотографий Луны на Землю, где она и фиксировалась.
В этой сложной, точно согласованной работе свет в широком смысле слова играл решающую роль. Свет питал энергией аппаратуру (солнечные батареи). Свет ориентировал станцию сначала по Солнцу, а затем по Луне (солнечные и лунные датчики системы ориентации). Свет, отраженный от противоположной стороны Луны, оказал химическое действие на зерна фотопленки, которое и было зафиксировано. Так был запечатлен образ Луны (фотографирование). С помощью света люди на Земле непрерывно получали информацию о местонахождении автоматической межпланетной станции и обо всем, что на ней и вокруг нее происходит. Наконец, с помощью света в надлежащий момент с Земли был отдан приказ произвести операцию фотографирования, а также приказ передать на землю полученные результаты. И эта передача происходила опять-таки с помощью света!
Точно так же с Земли отдавались приказы другим космическим кораблям, несшим на себе приборы, затем животных и, наконец, человека. Таковы, например, были приказы об изменении траектории полета кораблей и об их спуске на Землю в назначенном месте.
Познав закономерности света, научившись модулировать его параметры, человек научился с его помощью не только познавать природу, получать информацию о происходящих в ней процессах, но и управлять ими.
Освоение космоса и световые (фотонные) ракеты
В будущем свету, возможно, придется играть и еще одну роль — роль движителя (рабочего вещества) в ракете. Пока человек осваивает космос в пределах солнечной системы, он, по-видимому, может обойтись реактивными двигателями, в которых движителем служат продукты сгорания какого-либо вещества — топлива.
Сгорая в камере реактивного двигателя, топливо образует газы, которые с большой скоростью (несколько километров в секунду) вылетают из сопла и оказывают реактивное действие на дно сопла, приводя ракету в движение. Еще К. Э. Циолковский показал, что скорость ракеты в свободном пространстве пропорциональна скорости истечения из сопла продуктов сгорания. Поэтому перед химиками и конструкторами ставится задача найти такое топливо, продукты сгорания которого, при прочих равных условиях, имели бы максимальную скорость вылета. Для освоения межзвездных пространств обычно получаемые скорости все же недостаточны.
Судя по сведениям, опубликованным в печати, в научно-технических кругах ряда стран уже возникают идеи о возможном создании в будущем фотонной ракеты.
В фотонной ракете в качестве движителя будут использованы не продукты сгорания какого-либо вещества, а поток фотонов, которые будут получаться в ракетном двигателе в процессе превращения элементарных частиц вещества в фотоны.
Согласно этой идее, предполагается использовать некоторые уже известные свойства света. Во-первых, тот факт, что свет, несмотря на свое отличие от вещества, имеет с ним и нечто общее, а именно он оказывает давление (эксперименты Лебедева) и, следовательно, обладает импульсом, как и вещество. Но любое вещество при быстром его истечении из сопла создает отдачу в силу того, что оно обладает импульсом (свойство отдачи наблюдается при выстреле, используется в реактивной турбине и в реактивном двигателе). Поэтому истечение света из сопла также должно оказывать противодействие на дно сопла, т. е. создавать отдачу.
Во-вторых, предполагается использовать и другое свойство света: генетическую связь вещества и света, иначе говоря, факт превращения элементарных частиц вещества в фотоны в сильных ядерных полях.
Но в идее фотонного двигателя учитываются также и особенности света, отличающие его от вещества и дающие фотонному двигателю известные преимущества.
8 самом деле, фотоны движутся с предельно достижимой скоростью в 300 тысяч километров в секунду. Это значит, что и космическому кораблю фотонный двигатель может сообщить максимальную скорость, приближающуюся к скорости света. Очевидно, что только с такой скоростью и возможно преодолевать огромные расстояния от одной звездной системы до другой.
Задача путешествия в другие звездные системы еще не стала актуальной, а применять фотонный двигатель в пределах солнечной системы бессмысленно. Поэтому реализация идеи о фотонном двигателе — дело далекого будущего. Да и трудностей на пути его создания еще немало; в частности, необходимо будет учитывать, что при движении фотонных ракет со скоростями, близкими к скорости света, само течение времени будет изменяться, как это следует из теории относительности.
Но трудности не остановят прогресса. Его ведет дерзновенная мысль человека, который, познав свойства света, ищет пути их использования. А исторический опыт говорит, что он всегда эти пути находит.
Свет и энергия будущего
Проблема источников энергии
Современное общество потребляет много энергии. Чем выше уровень производительных сил общества, тем быстрее растет его потребность в энергии. Откуда берется потребляемая человеком энергия? Почти до середины XX века важнейшими источниками энергии была химическая реакция окисления угля, нефти, древесины, торфа, сланцев. Это — простейшая и сравнительно легко вызываемая реакция; со времени добычи огня и еще за несколько тысячелетий до изобретения письменности человек сжигал топливо. Кроме того, на протяжении тысячелетий человек использовал естественное падение воды и некоторые побочные источники (ветер, морские приливы и т. п.). Даже после открытия электрической формы энергии человек для ее получения по-прежнему сжигает топливо и использует падение воды.
Потребление энергии в последние десятилетия развивалось быстро. Стал актуальным вопрос о том, насколько перспективны существующие источники энергии. Подсчеты показали, что запасы топлива на Земле ограниченны. Ученые ведут споры о том, на сколько поколений их хватит. Ограниченны, хотя далеко еще не полностью используются, и запасы гидроэнергии. Отыскание новых, практически неисчерпаемых и перспективных источников энергии стало одной из наиболее важных научно-технических задач современности. Где же эти неисчерпаемые первоисточники энергии?
Естественно, что научная мысль все более обращалась к исследованию солнечной энергии и ее роли на Земле. Уже давно стало ясно, что Солнце и другие звезды являются источником колоссальной энергии. Эта энергия в виде света переносится в мировое пространство на огромные расстояния, исчисляемые миллиардами световых лет.
Наше Солнце за одну секунду испускает в мировое пространство энергию, которая, по подсчетам С. И. Вавилова, эквивалентна массе в 5 миллионов тонн. На Землю падает лишь небольшая ее часть, равная примерно сорока тысячам миллиардов больших калорий. Но и эта энергия чрезвычайно велика. Ее хватило бы, чтобы нагреть от 0° С и затем испарить более 75 миллионов тонн воды в секунду, а за сутки — 6500 миллиардов тонн. Нигде больше в природе на Земле человек не встречается с таким огромным количеством энергии.
