Опрос

Какие рубрики вам наиболее интересны?

View Results

Loading ... Loading ...

Наши партнеры

  • .

Последние комментарии

Межзвездные путешествия.

Опубликовал Сергей 15 августа 2011 в рубрике Наука, Технологии.

Фотонный звездолетЭксперты всего мира считают, что первым инженерным проектом межзвездного космического корабля был беспилотный термоядерный зонт «Дедал», разработанный в начале 1970-х Британским Межпланетным обществом. Не странно ли, что за звездолет взялась достаточно виртуальная британская космонавтика? Может, потому что соответствующие советская и американская отрасли были заняты более насущными задачами? Или мы многого не знаем? Хорошо знакомый читателям нашего журнала Валерий Павлович Бурдаков сегодня рассказывает о проекте звездолета, значительно более совершенном, чем «Дедал», и опередившем его на десятилетие.

Последние годы характерны скепсисом ряда специалистов относительно будущего космонавтики, а уж тем более — относительно возможности межзвездных полетов. В немалой степени этому способствовали неутешительные результаты расчетов термоядерных двигателей. Даже для идеальной реакции управляемого термоядерного синтеза (реагирует весь водород и превращается в гелий без остатка) отношение конечной массы летательного аппарата, разогнанного до скорости составляющей 90% от световой, к его начальной массе равна ничтожно малой величине — всего 0,001 %, что, по мнению некоторых ракетчиков, не только исключает возвращение межзвездного корабля в Солнечную систему, но и саму возможность его создания.
Но решение есть. Состоит оно в применении межзвезвездного прямоточного реактивного двигателя, и мы с академиком Б.С. Стечкиным (1891 — 1969) — основоположником теории воздушно-реактивных двигателей — обсуждали мои студенческие «проекты» на эту тему, выполнение в 1955-1958 гг., еще при жизни С.П. Королева (1907 — 1966). Мне повеяло, что именно в ОКБ - 1, где я в 1959 г. оказался после окончания МАИ, великий двигателист трудился последние шесть лет своей жизни.
Рассуждения были простые. Поскольку космическое пространство — как межпланетное так и межзвездное — на 70 % состоит из водорода, существует принципиальная возможность создать гигантский прямоточный двигатель. Межзвездная среда будет захватываться, и сжиматься в массозаборнике, нагреваться в термоядерной реакции, а затем ускоряться и выбрасываться снова в межзвездное пространство. Малая плотность межпланетной (1017 кг/м3), а тем более — межзвездной (2x1021кг/м3)среды потребуют, конечно, огромных площадей входа в такой двигатель, но эта проблема может быть решена с помощью «магнитной воронки» или «магнитной бутылки», с которыми в то время широко экспериментировали физики, пытаясь «зажечь» рукотворный «термояд».

Схема

Схема работы волнового генератора сжатого газа:

1— устройство для подачи капсул;

2—корпус генератора;

3 — взрываемая лазером капсула;

4 — ударная волна и газ: распространяющиеся после взрыва капсулы е кольцевом канале; 5—внешняя обечайка жаровой камеры;

6—внутренняя обечайка жаровой камеры;

7— цилиндрический делитель волны;

8 — направления распространения продуктов реакции в противоположную жаровую камеру;

9—направление распространения волны и газа через внутренние полости пилонов на выход из генератора;

10—пилоны

11— воздух, увлекаемый в противоположные камеры потоком 8 и проходящий между пилонами; 10,12—резонатор, 13 —дефлектор;

14—продукты сгорания, идущие на выход из генератора после срабатывания противоположной камеры;

15 — системы лазерного зажигания топливных капсул.

Было известно, что половина космического водорода находится в ионизованном состоянии, а именно это и требуется, чтобы он с огромной площади втекал в узкое магнитное горло «бутылки». Другая составляющая межзвездной среды — «бесполезный» нейтральный гелий, на долю которого приходится 30 %, будет автоматически
сепарироваться и в двигатель не попадают. Это сейчас стало известно, что «солнечный ветер» состоит не только из гелия-4, но и из гелия-3, который собирается на Луне, а особенно на Уране. Гелий-3 якобы хорош для «чистых» термоядерных реакций, а поэтому, считают энтузиасты, следует организовать на Луне базу для добычи и доставки на Землю этого ценного вещества. С моей точки зрения, гелий-3 проще и дешевле накапливать в околосолнечном пространстве с помощью того же магнитного массозаборника.

Вернемся, однако, к беседам со Стечкиным. Он утверждал, что наш межзвездный двигатель может быть пульсирующим. Что не надо ждать, когда будет построен термоядерный стационарно работающий двигатель — скорее всего он будет очень громоздкий и ненадежный. А вот использовать термоядерные микровзрывы — гораздо проще. Конечно, на борту звездолета должны находиться запалы для этих мини-бомб, а оснащаться они будут водородом, взятым из окружающего пространства, сжиженным, а затем замороженным до твердого состояния.
Собирался он на околоземной орбите. Сейчас эта операция никого не удивляет, а тогда по заданию Королева мы еще только начинали работу по доказательству возможности сборки тяжелых блоков на орбите (проект «Союз»). Были, конечно, и скептики, особенно среди военных, которые утверждали, что стыковка на орбите, как и вообще «вся эта космонавтика» им никогда не пригодится.
Полет звездолета начинается с околоземной орбиты. Ракетный ускоритель разгоняет звездолет до второй космической скорости, или даже несколько большей и затем отсоединяется. В работу вступает пульсирующий термоядерный двигатель, главным элементом которого является массивный параболический отражатель, установленный в сопле прямоточного двигателя на специальных демпферах. В фокусе этого отражателя периодически взрываются термоядерные мини-заряды. Водород для них берется из окружающего пространства. В очень небольших количествах там присутствуют и дейтерий с тритием, необходимые для инициирования процесса. При этом на полную мощность работает так называемая система накопления жидкого водорода. Для того чтобы массозаборник воспринимал меньше тепла от налетающих на него молекул водорода, профессор Е.С. Щетинков в беседе со мной предложил обклеивать его тонкими пластинками слюды, обеспечивающей почти идеальное зеркальное их отражение. Хвостовой отражатель (4) мы предполагали выполнить из спеченных микрокапсул, также содержащих водород и другие легкие элементы таблицы Менделеева. Испаряясь при действии «микровзрывов», он существенно увеличивал тягу двигателя. При достижении звездолетом скорости 150 км/с отражатель отстреливался, и начинал работу прямоточный двигатель.
Надо сказать, что над проблемой прямоточного термоядерного двигателя я задумывался еще до встречи со Стечкиным и даже получил Авторское свидетельство СССР № 168490 на так называемый «Волновой генератор сжатого газа» с приоритетом от 08.10.1962 г., который, пользуясь оставшимися связями с МАИ, даже начал изготовлять в металле для работы на обычном бензине, но скепсис тогдашнего моего окружения и непомерно объемные производственные задания привели к остановке этой работы. Зато С.П. Королев скептиком не был и однажды отравил меня и своего однофамильца Анатолия Королева в Институт атомной энергии (ИАЭ) «посмотреть» кандидатскую диссертацию Игоря Белоусова, которая была посвящена как раз пульсирующему двигателю с параболическим отражателем. «Математика» диссертации состояла в расчете демпферов, на которых крепился отражатель. Диссертация была мною поддержана, хотя другой коллега и заявил, что не хотел бы лететь в космос, находясь за таким отражателем...

Ракетоноситель

Первоначальный проект звездолета:

1 — ракетный ускоритель, 2 — звездолет, 3—массозаборник, 4 — сопло-отражатель пульсирующего термоядерного двигателя

С. Борисом Сергеевичем Стечкиным мы обсуждали и проблему сверхпроводимости. Ведь наш массозаборник должен был генерировать мощнейшее магнитное поле, чтобы собирать частицы межзвездной среды с площади 2 x 1018 м2! Диаметр входного конца такой магнитной «воронки» равен примерно 2 млн. км, то есть, сопоставим с диаметром магнитосферы Земли, хотя диаметр самой Земли вместе с ее атмосферой не превышает 13 тыс. км. Мы признали задачу разрешимой, хотя тогдашний модный сверхпроводник (Nb3Sn) требовал охлаждения жидким водородом.
Более поздние (уже без Стечкина) расчеты показали, что на термоядерном прямоточном двигателе — даже идеальном, когда КПД превращения водорода в гелий равен 100 %. скорость полета в 10 000 км/с превысить нельзя. Двигатель должен быть «фотонным», то есть работать на антивеществе! Но где его взять? В межзвездном пространстве его не более 107 %. В ускорителях уже получены отдельные ядра антиводорода и антигелия, но как их хранить на борту звездолета?
Хорошо известно, что антивещество должно храниться вне контактов с обычным веществом. Напомню, что удельная энергия, заключенная в ядерном топливе (уран-235), составляет 7x108 кДж/кг, в термоядерном — примерно 1011 кДж/кг, а в аннигилирующей смеси — 9x1013 кДж/кг, то есть в 1000 раз больше, чем у водородной бомбы!

Ракета

Такая форма определилась не сразу. Первоначально центральное теле массозаборника было куда массивнее, а внешняя обечайка —  значительно меньше. Однако эта компоновка не позволяла разместить на корабле радиаторы системы обеспечения теплового режима, а их площадь получается огромной Исследовался вариант с несколькими двигательными блоками и дисковым корпусом но в конце концов пришли к тому, что изображено на рисунке.

1—      узлы    крепления отражателя пульсирующего термоядерного двигателя;

2—      сопло;

3—      контейнер и система подачи в камеру двигателя левитаторов с антивеществом;

4—      левитатор с антивеществом;

5—      продукты  первичной реакции аннигиляции антивещества;

6—      левитатор с антивеществом в рабочей камере двигателя;

7—      жилые, лечебные и производственные отсеки;

8—      антенны дальней радиосвязи;

9—      рабочие тоннели;

10—    хранилища    компонентов и оранжереи (жидкий кислород, жидкий азот, жидкий водород жидкий гелий, вода овощная оранжерея, грибная оранжерея и т.д.);

11—    топливные     элементы;

12—    инжекторы    электронов в отражательный диск;

13—    регенераторы воды и воздуха;

14—    информационные системы, буферные батареи и аккумуляторы;

15—    биологическая защита;

16—    ядерно-энергетическая силовая установка;

17—    ускооитель-ионизатор встречного потока;

18—    игла    массозаборника;

увеличено

Проблема, казалось бы, зашла в тупик. Но мы на двигательном факультете МАИ, с которым я не расставался в течение всех лет работы «в Подлипках», оптимизма не теряли. Прежде всего, изучали левитацию, то есть состояние, когда твердое или расплавленное тело может даже в поле земной тяжести висеть вне контактов с другими предметами в магнитном, электростатическом или СВЧ-поле. Под руководством доктора технических наук П.Д. Лебедева моделировались процессы, происходящие в шаровых молниях. Подметили удивительную особенность: именно при наличии «пыли» определенного состава шаровая молния, образованная СВЧ- разрядом, «горит» особенно устойчиво. Но объединить шаровую молнию с левитирующим внутри нее твердым предметом, образованным из «пыли», нам так и не удалось из-за тяжелой болезни Петра Дмитриевича и отсутствия дальнейшего финансирования этих работ, связанного с кончиной нашего главного заказчика Р.Ф. Авраменко. Ажиотаж вокруг наших исследований был огромным. То и дело нашу лабораторию с ведома Ремилия Федоровича и руководстве института посещали высокие научные делегации (из Англии, США, Франции), которые при этом рассказывали о своих собственных работах и не скрывали, что занимаются созданием оружия на новых физических принципах. Ведь не секрет, что любое новое достижение науки может быть использовано как во благо, так и во вред обществу. К сожалению, на нынешнем этапе развития земной цивилизации работы «на войну» оплачиваются существенно щедрее, чем те же самые исследования, но в мирных целях...

Жилой отсек

Схема работы фотонного двигателя

СХЕМА РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНОГО ФОТОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

1—      протонно-электронный       луч ионизирующий встречный поток межзвездного вещество:

2—      условное        изображение магнитных силовых линий;

3—      диск,   образованный электронами эжектируемыми тангенциально с внешней поверхности массозаборника в плоскости, перпендикулярной направлению полета;

4—      начальная зона аннигиляции, характерная не только фотонным излучением, но и образованием нейтральных в смысле электрического заряда протон-антипротонных

и электрон-позитронных пар, малое время жизни которых (10-7 с) приводит к тому, что здесь же в реакционной камере образуются нейтральные ∏-мезоны (время жизни 10-11 с) и р°-мезоны (время жизни 10-10 с). При скорости полета звездолета 10000км/с упомянутые частицы движутся со скоростями примерна во сколько раз большими, во сколько меньше их масса.

Но переместиться они успевают всего на несколько миллиметров, образуя при этом у-излучение и электронно-позитронные пары. Здесь же образуются заряженные р±-мезоны. время жизни которых 2.6х10-8С. а скорость составляет около 2x10е км/с. следовательно, они проходят путь тоже не очень большой — не более нескольких метров, образуя µ-мезоны нейтрино и антинейтрино;

5—      зона    аннигиляции µ-мезонов и образования электронно-позитронных пар. Поскольку их время жизни составляет 2.2х10-6с., а скорость их движения приближается

к световой, они успевают переместиться на расстояние порядка 220 м. что и отражено на схеме. Иное дело, когда звездолет разгонится до скорости 106 км/с.

В этом случае расстояние от кромки сопла до зоны их аннигиляции будет существенно больше, так как надо будет учитывать эффекты теории относительности;

6—      зона    аннигиляции электронов с позитронами с образованием у-квантов заключает процесс разгона реактивной фотонной струи. Поскольку конечными продуктами аннигиляции являются у-кванты и нейтрино (они образуются и на всех промежуточных стадиях), то скорость реактивной струи равна скорости света. Отсюда и название двигателя — прямоточный фотонный двигатель

Аннигиляционная бомба — это многим понятно, а вот звездолет, в котором эти же бомбы медленно «горят» в фотонном двигателе, — кажется чем-то очень далеким, непонятным и ненужным. Все отличие состоит в том, что у бомбы корпус герметичный и тяжелый, так как количество обычного вещества должно быть равно количеству антивещества, а у звездолетного контейнера — легкий и негерметичный. Бомба будет приводиться в действие открытием крана, через который окружающий воздух заполнит контейнер, начнет аннигилировать с твердым антивеществом, оба вещества начнут испаряться, перемешиваться и взорвутся. Звездолетные контейнеры не герметичны из-за того, что располагаются в герметичном вакуумировнном желобе и последовательно подаются в самое узкое место прямоточного двигателя, где удерживаются в состоянии левитации, обтекаются сжатой в массозаборнике смесью водорода и гелия, аннигилируют с ними и тем самым создают тягу двигателя. Наши эксперименты в МАИ показали, что наиболее просто осуществить левитацию намагниченного тела в магнитном поле.

Читайте также:

Рабочий пульс рукотворной звезды.
МИКРОТЕХНИКА ДЛЯ КРАСОТЫ
Какой была Земля 4 млрд лет назад?
Наука и техника стремятся в наномир.


К записи есть 1 комментарий

Спасибо за столь интересную информацию!
Долго искал для реферата “Межзвездные путешествия, миф или реальность?”, и вот на конец нашел:)

Написать комментарий

RSS

rss Подпишитесь на RSS для получения обновлений.