Межзвездное пространство не является пустым, а заполнено очень диффузным газом - около 1 атома на кубический сантиметр - случайными частицами пыли и электромагнитным излучением. Газ - в основном водород или гелий, хотя иногда встречаются и более тяжелые элементы. Космическая пыль - в основном, частицы углерода, железа и силикатов, покрытые льдом - составляет около 1% от массы межзвездной среды. Каждая пылинка имеет около микрона в диаметре. Чаще всего пыль встречается в туманностях и вокруг молодых звезд. Среднее расстояние между частицами пыли составляет около 150 метров. Даже при небольшой части скорости света они могут стать потенциально смертельной опасностью, которая возрастает вместе со скоростью. Об этом свидетельствует формула для релятивистской кинетической энергии:
K = MC « (гамма -1), где гамма = 1/sqrt (1 - (V / C) «)
Для 0,3 С один миллиграмм даст 4.3456e +09 Дж энергии, что эквивалентно одной тонне мощной химической взрывчатки. При 0,9 С цифра возрастает до +11 1.1647e J, а для 0.99 С - до 5.4799e +11 J
Защита во время межзвездного полета
В случае межпланетных полетов эта проблема может быть решена с помощью абляционного ледяного щита почти всегда, хотя армирование ледяного массива углеродными нитями является в высшей мере желательным, так как такой жесткий композит гораздо более устойчив к растрескиванию при попадании в щит крупных фрагментов. Такая защита массивна, но, тем не менее надежна в защите экипажа, пассажиров и полезной нагрузки.
Пассивный абляционный щит может быть использован и для межзвездных полетов, но по сравнению с межпланетными, межзвездные корабли должны иметь минимальное поперечное сечение, чтобы уменьшить площадь массивной защиты при релятивистских скоростях. Массивный щит по-прежнему способен защитить весь корабль от радиации и пыли перед ним. Понятно, что более быстрые суда будут требовать всё больше льда для абляционного экранирования и в конце концов масса щита станет непомерной.
Очевидно, наиболее простым решением является замена единого массивного блока толстой стопкой отстреливаемых при необходимости тонких щитов. Каждый такой щит летит в нескольких километрах впереди корабля, что позволяет надежно рассеять энергию взрыва даже при попадении в щит крупных пылевых частиц. Также возможно создать щит из облака металлических гранул, удерживаемых перед кораблем с помощью магнитного поля. Во время ускорения гранулы упадут обратно на корабль и могут быть переработаны, но в инерционном полете (который обычно длится много лет или даже десятилетий) большая часть таких гранул будет неизбежно потеряна, что делает данный вид защиты непрактичным. Маленькое облако заряженной плазмы может быть сохранено в магнитном поле с несколько меньшими потерями с течением времени.
Понятно, что рамджеты или ракеты Буссарда, которые защищены мощными магнитными полями, направляющими почти все межзвездное вещество в горловину реактора и мощными лазерами, ионизирующими нейтральный газ и пыль по трассе полета, чтобы магнитная воронка также могла поглотить их, не будут иметь проблем с набегающим потоком.
Совершенно очевидно, что ракета Буссарда не может быть создана на основе современных сверхпроводников, сила тока в которых слишком мала. До их изобретения защита будет оставаться главным образом пассивной, с отделяемими щитами в магнитной подушке, в нескольких десятках километров от корабля. Конечно, и тут возможны различные усовершенствования, вроде систем фотоэлектрического охлаждения щита, что позволит получать огромные объемы энергии или мощный курсовой лазер, способный к ионизации любого газа или пыли, что сделает электромагнитные поля намного более эффективными по сравнению с ледяным монолитом или облаком металлической дроби.
Другой проблемой являются протоны, ядра атомов межзвездного водорода, создающие мощную вторичную радиацию при попадении в любой плотный материал. Наиболее эффективным тут может стать покрытие из слоя отражающего протоны вещества, такого как бор или соединения бора. Лучшим решением тут было бы использовать воспроизводимые на борту наноустройства для постоянного восстановления щитов, изготовленных из прочного, но дешевого материала. Также совершенно очевидно, что технологии радиационной защиты могут применяться и для защиты от кинетического и энергетического оружия.
Активная защита также может быть объединена с пассивной, например, курсовой лазер может поддерживать рой экранных модулей, левитирующих внутри пучка на крошечных световых парусах. Точно так же могут левитировать и более крупные объекты - вплоть до сверхпроводящих магнитных катушек.
Очевидно, что управление таким массивом активно летающих частиц требует колоссальной вычислительной мощности. Данные технологии позволяют очень длительное время поддерживать скорость до 0.88 С. при обычном релятивистском двигателе - и до 0.93-0.95 С при применении рамджета с вынесенными катушками. Совершенно очевидно, что облако "умной гальки", способной отражать и фокусировать луч курсового лазера практически в любом направлении и служащей также элементами общего сенсорного массива в сочетании с чрезвычайно мощными магнитными полями способно обеспечить защиту корабля не только с фронтальной проекции, но и сделать ее фактически круговой.
В таком случе луч курсового лазера направлеятся вперед, где есть огромное облако "щитовой гальки", каждая из которых несет крошечный процессор, основной набор датчиков, а также небольшой световой парус. "Галька" отражает свет и сама удерживается на месте с помощью мощных электромагнитных полей. Большая часть мощности курсового лазера свободно проходит вперед, испаряя пыль и эффективно ионизируя межзвездный газ. Часть света фокусируется вбок, чтобы отталкивать газ и пыль или направлять их в ловушки рамджета, а часть света направляется обратно к кораблю, поддерживая миллионы "галек", идущих параллельным курсом и использующих свои датчики для поиска во всех направлениях. По крайней мере один слой "гальки" находится между кораблем и любым возможным вектором столкновения. В задней части корабля рои "галек" периодически входят в чрезвычайно мощный луч фотонного привода и отражают часть света назад, вдоль корабля, где он повторно отражается облаками параллельно летящей "гальки", что делает ее более мобильной. "Галька" вдоль борта судна также может удерживатся с помощью мощных магнитных полей. При достаточных размерах корабля "галька" может производиться прямо на борту, из уловленной рамджетом массы, что делает дальность его полета практически неограниченной.
Однако, такая защита невозможна без принципиально новых материалов с абсолютной отражающей способностью. Речь прежде всего идет о так называемой смарт-материи - нанотехнологически произведенной слоистой структуре, состоящей из т.к. квантовых точек, идеально отражающих свет. Существует, однако, ряд технических проблем, которые предстоит преодолеть, прежде чем эта технология станет жизнеспособной. Межзвездная пыль также будет оставаться серьезной проблемой, поскольку пылинки будут уничтожать квантовые точки в местах попаданий, что приведет к дальнейшей эрозии. Более доступным представляется толстый слой нано-аэрогеля, покрывающий массив собственно щита. Он обладает крайне низкой плотностью, но способен полностью разрушить плотные частицы, прежде, чем они попадут в основной щит, причем, его потери могут восполняться с замечательной легкостью.
Очевидно, что идеальным решением проблемы набегающего потока стало бы мощное гравитационное поле, направляющее космический мусор в рамджет или отклоняющее его от корабля с помощью локальной области искривленного пространства. Также очевидно, что любая форма активной защиты, при ее достаточных размерах, может служить не только для защиты кораблей, но и целых планет.
Радиационная защита
В то время, как передняя часть корабля должна быть защищена от воздействия набегающей межзвездной среды, двигатель в задней части корабля является источником опасного излучения. Деление, синтез, аннигиляция - все создают огромное количество радиации в виде нейтронов, нейтрино, гамма-лучей и других частиц. Количество излучения, которое достигает экипажа, может быть уменьшена за счет размещения двигателей так далеко от обитаемой части судна, насколько это возможно. Основная часть топлива и топливные баки также могут быть использованы для уменьшения радиации. Но более разумно использовать плотные, специально разработанные для поглощения излучения щиты, расположенные так близко к источнику излучения, как это возможно. Эти щиты могут быть изготовлены из плотных металлов. Очевидно, что тонкие листы таких экзотических материалов, как нейтрид или magmatter (материя, состоящая не из атомов, а из магнитных монополей) могут уменьшить уровни радиации практически из любой системы тяги до безопасного уровня.