Александр Железняков: ВЗРЫВОЛЕТ САХАРОВА

    Эта идея намного опередила свое время. Сформулировали ее в конце 1940-х годов, а впервые попытались воплотить в жизнь спустя десять лет. Но тогда не получилось. Размышляли над проблемой позже. Также без успеха. Сегодня же, когда мы стали знать гораздо больше, реализация этой затеи вообще кажется невозможной. По крайней мере, в обозримом будущем. Может быть, много позже и найдутся те, кто предложит нечто оригинальное. Тогда человечество вновь вспомнит об этой идее, и работы закипят с новой силой. Но об этом узнают и напишут наши потомки. А мы все о прошлом. И о тех, чьими современниками нам посчастливилось быть.

    СОВЕЩАНИЕ В КРЕМЛЕ

    В июле 1961 года все ведущие советские специалисты-атомщики получили срочное приглашение в Кремль. Там их принял первый секретарь ЦК КПСС, Председатель Совета Министров СССР Никита Сергеевич Хрущев и проинформировал о принятом правительством решении возобновить ядерные испытания. Во время “осенне-зимней сессии” предполагалось проверить все типы боезарядов, которые находились в арсеналах Советской Армии.
    Однако не только доведение этой важной информации стало целью состоявшейся тогда беседы. Советского лидера также интересовали последние работы специалистов в области создания ядерных вооружений. Ну и другие проекты, связанные с использованием атомной энергии, в том числе и в мирных целях.
    Присутствовавший на встрече Андрей Дмитриевич Сахаров рассказал Хрущеву о возможности создания 100-мегатонного термоядерного заряда. Эта идея витала в воздухе и раньше, но реальные черты приобрела только в тот июльский день. Хрущеву мысль понравилась, и он санкционировал работы по подготовке заряда к испытанию. Взрыв “Царь-бомбы” (иногда ее еще называют “Кузькиной матерью”, вспоминая намерение Хрущева “показать” ее Америке) был произведен осенью того же года. Правда, взорвать заряд полной мощности не решились, но и 58 мегатонн, которые получились в реальности, тоже “не кот наплакал”. Об этом эпизоде “холодной войны” написано немало, поэтому нет смысла повторяться.
    А вот о другом проекте, о котором также рассказал Сахаров, известно гораздо меньше. Речь идет о разработке, которую сам Андрей Дмитриевич отнес к разряду “научно-фантастических” идей – космическом корабле, который приводится в движение последовательной серией ядерных взрывов малой мощности. Этот проект ныне известен как “взрыволет Сахарова”.
    Чтобы больше не возвращаться в Кремль, скажу, что эта идея Хрущеву также понравилась. Но, если со 100-мегатонной бомбой решение было принято незамедлительно, то над вопросом создания атомного космолета ученым было предложено еще подумать и лишь когда она приобретет реальные черты поднимать вопрос о ее реализации. Прозорливым оказался тогдашний первый секретарь партии!

    ПРОСТО ГЕНИЙ

    Сегодня, когда упоминают о космических кораблях использующих энергию атомных взрывов для своего движения, упорно датируют рождение идеи рубежом 1950-х-1960-х годов. На самом деле эта мысль появилась на десятилетие раньше. В общем виде сформулировал ее Георгий Антонович Гамов вскоре после 2-й мировой войны. Но тогда в космос еще не летали, поэтому и отнеслись к ней как к попытке заглянуть в будущее. И не более того. К идее атомолетов обратились позже: американцы попытались реализовать ее в проекте создания звездолета “Орион”, ну а в нашей стране появился уже упомянутый выше “взрыволет Сахарова”.
    Просто не могу не воспользоваться случаем и не рассказать, хотя бы вкратце, о Георгии Гамове, нашем соотечественнике, который, волею судеб, стал “известным американским физиком-теоретиком”. Несмотря на всемирное признание заслуг, в нашей стране его имя долгое время было под запретом. Лишь в последнее время о нем “вспомнили”. Да и то, скорее из-за моды к подобным “открытиям”, чем из желания восстановить историческую справедливость и воздать должное его заслугам.
    Родился Георгий Антонович Гамов в Одессе 4 марта 1904 года в семье преподавателей Одесской гимназии. Отец в чине статского советника преподавал русский язык и литературу, а мать историю и географию.
    Детство, пришедшееся на годы 1-й мировой войны, революции, гражданской войны и интервенции Гамов провел в родной Одессе, там же он поступил и в университет. Но, неудовлетворенный получаемым образованием, перевелся в Ленинградский университет. Там Гамову посчастливилось недолго учиться у профессора Александра Фридмана (скончавшегося в 1925 году в возрасте 37 лет), который смог лучше разобраться в космологических следствиях общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, чем сам ее создатель. Анализируя уравнения ОТО, Фридман пришел к выводу о нестационарности Вселенной, с чем долго не мог примириться Эйнштейн. Позже Эйнштейн признал таки правоту Фридмана. Эта встреча 20-летнего студента с Фридманом дала Гамову первый импульс к его работам рубежа 1940—50-х годов, в которых он обосновал свою концепцию Большого Взрыва и так называемой «горячей Вселенной».
    Но это будет потом, а пока, закончив в 1926 году обучение в университете, Гамов с головой окунается в другие проблемы. Уже через два года молодой ученый, использовав некоторые положения квантовой физики, первым в мире создал теорию альфа-распада, одного из типов радиоактивности, тем самым, “опередив” многих корифеев этой новой дисциплины. Теоретические работы Гамова заметил академик Абрам Федорович Иоффе, который пригласил его на работу в Физико-технический институт. В те годы в “детском саду папы Иоффе” собрались многие молодые ученые, которые спустя годы внесли значительный вклад в отечественную и мировую физику. Георгий Гамов был одним из них.
    В 1931 году директор Радиевого института академик Владимир Вернадский выдвинул 27 летнего Гамова в Академию Наук СССР и на следующий год он стал самым молодым в ее истории членом-корреспондентом. Но полным академиком АН СССР Гамову не суждено было стать…
    В 1933 году по рекомендации Иоффе Гамова направляют в заграничную командировку для ознакомления с физическими лабораториями Запада. А спустя год произошло событие, которое и привело к долгим годам забвения в нашей стране – Гамов принимает решение не возвращаться в Советский Союз и уезжает в США, где становится профессором университета Джорджа Вашингтона. Мотив этого поступка ясен. Останься Гамов на родине, с его самостоятельностью и независимостью вкупе с острым языком (а Георгий Антонович, ко всему прочему, обладал еще и несомненным литературным талантом) велика вероятность, что 1937 год он бы не пережил. Как и многие другие талантливые советские ученые, “сгоревшие” в горниле тоталитарного режима. Конечно, обидно, что произошло так, а не иначе. Но, что случилось, то и случилось. Как “из песни слов не выкинуть”, так и время не повернуть вспять.
    Гамов начинает работать в Америке и в 1936 году вместе с коллегой по университету, профессором Эдвардом Теллером, будущим “отцом американской водородной бомбы”, обобщает теорию еще одного типа радиоактивности – бета-распада. В физическую науку входит новое понятие "взаимодействие Гамова-Теллера". Сотрудничество двух физиков было весьма плодотворным и, вероятно, могло бы привести к новым значимым открытиям, если бы не 2-я мировая война. В 1941 году Теллер покидает университет и становится участником разработки атомной бомбы. Мог участвовать в этих работах и Гамов, но к “манхэтенскому проекту” его не привлекли. Принято считать, что этому “поспособствовали” русские корни ученого. Может это и так, но, вероятнее, причины лежат в иной плоскости. В какой именно, гадать не буду.
    А “невостребованный” Гамов, тем временем, переключил свое внимание с “земных проблем” на астрофизику и космологию. Выдающийся ученый, он широко использовал в своих работах о звездной эволюции ядерную физику. Первым в мире он начал рассчитывать модели звезд с термоядерными реакциями, а в 1942 году предложил модель оболочки красного гиганта.
    В 1946-1948 годах Гамов разработал теорию образования химических элементов путем последовательного нейтронного захвата. В эти же годы он первым в мире выдвинул теорию "горячей Вселенной", из которой вытекало существование реликтового излучения, образовавшегося в момент Большого Взрыва. Эта теория впоследствии была подтверждена американскими исследователями Арно Пензиасом и Робертом Вильсоном, за что в 1978 году они были удостоены Нобелевской премии.
    Приблизительно в те же годы, а к тому времени уже прошло испытание первой атомной бомбы и, более того, ее успели применить против японских городов, Гамовым была выдвинута идея создания ядерных двигателей с использованием в них ядерных боезарядов. Вот она, идея “взрыволета”! В полной мере тогда ее не оценили. Да и не могли это сделать из-за недостатка тогдашних знаний в этой области.
    Гамов выдвинул и много других идеи, которые оказали значительное влияние на науку. Например, в 1954 году им была опубликована работа, где впервые ставилась проблема генетического кода. В статье Гамов доказывал, что "при сочетании 4 нуклеотидов тройками получаются 64 различные комбинации, чего вполне достаточно для "записи наследственной информации". В 1968 году американцы Роберт Холли, Хар Коран и Маршалл Ниренберг получили Нобелевскую премию за расшифровку генетического кода, т.е. за то, что вообще-то первым сформулировал Гамов. Может быть, он бы и был в числе лауреатов этой премии, но ее дали уже тогда, когда Гамов был мертв. А Нобелевскую премию, как известно, присуждают только при жизни.
    Умер Георгий Антонович 19 августа 1968 года в американском городе Болдер, что в штате Колорадо. В 1990 году ему посмертно вернули звание члена-корреспондента Академии наук СССР. Однако нельзя сказать, что он получил на родине должное признание. Хотя, в Одессе в последние годы регулярно проводятся астрономические школы и физические конференции, посвященные его памяти. И все-таки этого мало для такой значимой фигуры в мире науки. Но это уже политика.

    НА ЯДЕРНОЙ РАКЕТЕ – В КОСМОС

nukleus.istu.edu

    Извините, я несколько отвлекся. Пришла пора рассказать о том, о чем Сахаров упомянул в разговоре с Никитой Хрущевым.
    Андрей Дмитриевич и его коллеги, а нельзя забывать, что проект “взрыволета” был творчеством коллективным, собирались использовать ядерные взрывы небольшой мощности для вывода в космос полезной нагрузки значительной массы (более 1000 тонн). Это позволяло экипажу корабля длительное время находится в космосе. Сами понимаете, что все расчеты проводились с прицелом на полет к Марсу. Этой идеей тогда грезили многие советские ученые. И не только мечтали, но и работали над созданием таких кораблей. “Взрыволет” – лишь один из таких проектов, причем, не основной. Принципиальная схема “взрыволета” в том виде, как ее первоначально предложил Сахаров, приведена на рис. 1.
    Конструктивно будущий атомолет должен был состоять из отсека управления, отсека экипажа, отсека для размещения ядерных зарядов, основной двигательной установки и жидкостных ракетных двигателей. Корабль также должен был иметь систему подачи ядерных зарядов и систему демпфирования для выравнивания ракеты после ядерных взрывов. Ну и конечно баки достаточной емкости для запасов топлива и окислителя. В нижней части корабля должен был крепиться экран диаметром 15-25 метров, в фокусе которого должны были “греметь” ядерные взрывы.
    Старт с Земли должен был происходить на жидкостных ракетных двигателях, размещенных на нижних опорах. Топливо и окислитель предполагалось подавать из внешних навесных топливных баков, которые после опорожнения можно было отделить. На жидкостных двигателях аппарат поднимался на высоту нескольких километров (или десятков километров), после чего включалась основная двигательная установка корабля, в которой использовалась энергия последовательных взрывов ядерных зарядов небольшой мощности. По предложению Сахарова при проработке конструкции рассматривался вопрос о размещении в жилом отсеке корабля плантаций с хлореллой в расчете на питание 10-20 человек. Конструктивная схема этого корабля приведена на рис. 2.

    В процессе работы над “взрыволетом” были рассмотрены и просчитаны несколько вариантов конструкции различных габаритов. Соответственно, менялись и стартовая масса, и масса полезной нагрузки, которую удавалось выводить на орбиту. Но, надо отметить, что несмотря на значительные массы конструкции, она не отличалась большими размерами. Например, ПК-3000 со стартовой массой 3 тысячи тонн имел высоту около 60 метров, а ПК-5000 со стартовой массой 5 тысяч тонн – менее 75 метров. Полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в этих вариантах составляла 800 и 1300 тонн соответственно.
    Простой расчет показывает, что соотношение массы полезной нагрузки к стартовой массы превышало 25 процентов. А теперь сравните эту с цифру с современными ракетами, при запуске которых в космос удается выводить не больше 7-8 процентов стартовой массы.
    В качестве стартовой площадки для “взрыволета” предполагалось выбрать один из районов на севере Советского Союза. Конструкторы не без основания полагали, что для старта нового космического корабля придется строить специальный космодром. Такое место запуска выбиралось из двух соображений. Во-первых, северные широты позволяли проложить трассу полета ракеты над труднодоступными малонаселенными районами. В случае аварии это позволяло избежать “лишних” жертв. Во-вторых, “запуск» ядерного двигателя вдали от плоскости экватора вне зоны так называемой “геомагнитной ловушки” позволяло избежать появления искусственных радиационных поясов, с чем уже приходилось сталкиваться во время ядерных взрывов в космосе.
    Конечно, “взрыволет” имел не только плюсы, но и минусы. Одним из них являлось загрязнение окружающей среды, которое должно было произойти при осуществлении ядерных взрывов в земной атмосфере. Но об этом думали “постольку поскольку”. То есть, практически не принимали во внимание. Если бы работы велись сегодня, то вряд ли конструкторы ограничились бы высотой нескольких километров. Запуск ядерного двигателя происходил бы на высоте не менее 100 километров. А тогда бы новая ракета стала не столь эффективной, как приведенные выше расчеты.
    Однако, все, что тогда напроектировали Андрей Сахаров и другие специалисты-атомщики, так и осталось на бумаге. На практике задача разработки “взрыволета” оказалась очень сложной. Тем не менее, в результате проектных работ все же был сделан вывод о возможности создания двигательной системы, использующей энергию ядерных взрывов. Правда, оговаривалось, что для этого потребуется решить множество сопутствующих задач. Таких как разработка новых материалов для зеркала и других частей атомного двигателя, как проектирование соответствующих атомных зарядов, как создание соответствующей системы жизнеобеспечения экипажа и другие. Не удалось этого сделать до сих пор, поэтому и говорят о подобных космических аппаратах, как о деле далекого будущего.

    Но идея “взрыволета” не умерла вместе с теми, кто ее сформулировал и пытался воплотить в жизнь. В марте 2004 года на “Харитоновских чтениях”, посвященных 100-летию со дня рождения академика, ученые из Института вычислительной математики Сибирского отделения РАН, Института математики имени Соболева и их коллеги из Крымской астрофизической обсерватории представили расчеты систем ядерного противодействия столкновению астероидов с Землей. В их основе лежали те же принципы, которыми руководствовались создатели проекта “звездолета”.

    ("Секретные материалы", № 9(162), апрель 2005 г., сс. 16-17).

    P.S. Рисунки доступны только в печатной версии статьи.