Рэндалл Манро - А что, если?.. Научные ответы на абсурдные гипотетические вопросы

А если ваш партнер действует иначе – например, сидит в некоей точке и поджидает вас, – вы хотя бы повидаете массу всего интересного.

Орбитальная скорость

ВОПРОС: А что, если космический аппарат замедлять при вхождении в атмосферу до скорости всего несколько км/ч при помощи посадочных двигателей, таких же, как у марсохода? Это избавило бы нас от потребности в тепловой защите?

ВОПРОС: Есть ли какой-нибудь способ вернуть космический аппарат в атмосферу, не прибегая к торможению о воздух? Это позволило бы обойтись без дорогой (и относительно ненадежной) теплоизоляции корпуса…

ВОПРОС: Можно ли поднять маленькую ракету с полезной нагрузкой на такую высоту в атмосфере, что для достижения второй космической скорости ей было бы достаточно совсем маленького ракетного двигателя?

ОТВЕТ: Все эти вопросы связаны с одной и той же идеей, которую я уже затрагивал раньше, но сейчас хочу остановиться на ней подробнее.

Выйти на орбиту тяжело не потому, что космос очень высоко.

Выйти на орбиту тяжело потому, что лететь надо очень быстро.

Космос выглядит не так:

Изображение в уменьшенном масштабе

Космос выглядит вот так:

Да, разумеется, это изображение в натуральную величину.

Космос находится на расстоянии всего 100 км от земной поверхности. Это далековато – не хотел бы я подниматься туда по лестнице, – но не так чтобы ужасно далеко. Если вы находитесь в Сакраменто, Сиэтле, Калькутте, Хайдарабаде, Пномпене, Каире, Пекине, центральной Японии, в центре Шри-Ланки или в Портленде, то до космоса от вас ближе, чем до моря.

Попасть в космос просто[106]. Конечно, не так чтобы вы могли доехать туда на своей машине, но вообще это совершенно не проблема. Можно доставить человека в космос на ракете размером с телеграфный столб. Самолет-ракетоплан Х-15 оказался в космосе, просто набрав очень большую скорость, а затем направившись вертикально вверх[107],[108].

Сегодня вам удастся попасть в космос…и быстро вернуться обратно

Но легко только попасть в космос. Проблема в том, чтобы там остаться.

Гравитация на околоземной орбите почти равна гравитации на поверхности Земли. Международная космическая станция вовсе не находится за пределами влияния гравитации – она испытывает примерно 90 % той силы, которая воздействует на нас на поверхности.

Чтобы не упасть обратно в атмосферу, станции надо лететь по орбите, причем очень, очень быстро.

Скорость, которая требуется, чтобы остаться на орбите, составляет примерно 8 км в секунду[109]. Лишь малая толика энергии ракеты расходуется на то, чтобы подняться из атмосферы, – большая ее часть тратится на достижение орбитальной (боковой) скорости.

Этот факт подводит нас к основной проблеме орбитальных полетов: достижение орбитальной скорости требует гораздо больше топлива, чем достижение орбитальной высоты. Чтобы разогнать корабль до 8 км/с, требуются очень мощные двигатели и много топлива. Достичь такой скорости и так достаточно сложно; достичь ее с дополнительным грузом топлива, которое позже потребуется для торможения при приземлении – практически нереализуемая задача[110].

Именно с этим невероятным расходом топлива связано то обстоятельство, что каждый космический корабль, входящий в атмосферу, тормозит при помощи тепловой изоляции, а не с помощью ракетных двигателей. Врезаться в воздух – самый практичный способ затормозить. (И возвращаясь к вопросу Брайана – марсоход «Кьюриосити» не был исключением. Хотя этот аппарат и использовал маленькие ракетные двигатели, чтобы «зависнуть» над самой поверхностью планеты, сначала он все же тормозил о марсианский воздух, чтобы сбросить большую часть скорости.)

Думаю, что одна из причин некоторого недопонимания в вопросе космических скоростей заключается в оптической иллюзии: когда мы видим съемку астронавтов на орбите, нет ощущения, что они так уж быстро двигаются, – кажется, будто они медленно парят над красивым голубым шаром. Но 8 км/с – это огромная скорость. Если вы посмотрите в небо незадолго до заката, иногда можно увидеть, как мимо проплывает МКС… а затем, спустя полтора часа, вы снова увидите, как она пролетает над вами[111]. За эти 90 минут станция облетела весь земной шар.

МКС движется так быстро, что, если бы вы выстрелили из ружья, стоя на краю футбольного поля, то станция пролетела бы до другого конца поля прежде, чем ваша пуля пролетела бы 9 метров.

Давайте представим себе, как бы это выглядело, если бы вы обходили Землю спортивным шагом на скорости 8 км/с.

Для большей наглядности в представлении скорости вашего путешествия давайте использовать музыку, чтобы отмечать течение времени[112]. Предположим, вы включили песню I’m Gonna Be 500 Miles («Я прошел бы 500 миль»), записанную группой The Proclaimers в 1988 году. Темп этой песни – примерно 131,9 удара в минуту, так что представьте себе, что с каждым ударом вы перемещаетесь на 3,6 км вперед. За то время, которое потребуется, чтобы спеть первую строчку припева, можно пройти от статуи Свободы до Бронкса.

Вы будете перемещаться со скоростью при мерно 15 станций метро в минуту.

Потребуется меньше трех строчек припева (16 ударов), чтобы пересечь пролив Ла-Манш.

Кстати, продолжительность этой песни связана с любопытным совпадением. Песня I’m Gonna Be… длится 3 минуты и 30 секунд, а МКС движется со скоростью 7,66 км/с. Это значит, что, если астронавт на МКС слушает эту песню, то за время, пока она звучит…

…он пролетит почти 1000 миль.

Пропускная способность FedEx

ВОПРОС: Когда – если это вообще возможно – пропускная способность Интернета сравняется со скоростью экспресс-почты FedEx?

Никогда не стоит недооценивать пропускную способность фургона, нагруженного магнитными лентами и мчащегося по шоссе.

ОТВЕТ: Если вы хотите передать несколько сот гигабайт данных, то отправить жесткий диск с информацией посредством экспресс-почты FedEx получится быстрее, чем переслать ее по Сети. Идея эта не нова – часто такой способ передачи называют «дискетной сетью» или «флоппинетом», – и даже Google пересылает большие массивы данных внутри компании именно так.

Но всегда ли это будет быстрее?

Компания Cisco оценивает нынешний мировой интернет-трафик примерно в 167 терабит в секунду. У FedEx есть 654 самолета общей грузоподъемностью в 12 000 тонн в день. Жесткий диск ноутбука (SSD) весит примерно 78 граммов и может хранить до терабайта информации.

Это значит, что FedEx способен передавать 150 экзабайт в день, или 14 петабит в секунду, – почти в тысячу раз больше, чем современные возможности Интернета.

Если деньги для вас не проблема, то вот в коробку для обуви влезет примерно 10 кг дисков – на них поместится немалая часть Интернета.

Можно повысить плотность данных, используя карты памяти microSD.

Эти флэшки размером с ноготь обладают информационной плотностью до 160 терабит на килограмм, то есть весь авиапарк FedEx, нагруженный картами microSD, может пересылать до 177 петабит в секунду, или 2 зеттабайта в день, – в тысячу раз больше, чем нынешний интернет-трафик. (Инфраструктура была бы довольно любопытной – Google пришлось бы построить огромные склады специально для операций с картами памяти.)

По оценкам Cisco, интернет-трафик растет примерно на 29 % в год. С этой скоростью мы достигнем уровня FedEx в 2040 году. Конечно, объем данных, которые можно уместить на одном носителе, к тому моменту тоже возрастет. Единственный способ догнать FedEx – если скорость передачи данных будет расти быстрее, чем вместимость систем хранения. На первый взгляд это кажется маловероятным, так как передача и хранение данных связаны напрямую – вся эта информация откуда-то берется и куда-то направляется, – но нет мы не можем точно предугадать тенденции.