Фотонный двигатель для космических кораблей принцип работы - Журнал "Автопарк"
Auto-park24.ru

Журнал "Автопарк"
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Фотонный двигатель для космических кораблей принцип работы

Фотонный двигатель

Мысль о том, что благодаря новейшим мощным лазерным установкам космический корабль сможет преодолеть расстояние, отделяющее нас от Марса всего за три дня похожа на фантастику. Но по результатам тестирований которые осуществили научные работники Калифорнийского университета что в Санта-Барбаре, это вполне реально. По их словам, корабль сможет долететь до марса всего за трое суток. Все это станет возможным благодаря использованию двигателя нового типа, а именно фотонной силовой установки, в основе которой будет лежать новый мощный лазер. С таким двигателем космические корабли смогут не только путешествовать по нашей солнечной системе, а и покидать ее пределы и отправляться вглубь космоса на релятивных скоростях

По словам Филипа Лубина, профессора физических наук Калифорнийского университета, уже сделан ряд открытий, которые способны превратить фотонный двигатель из объекта научной фантастики в реально работающее устройство. И нет никаких причин, которые могли бы уже сейчас помешать сделать это. Группа ученых во главе с профессором получила финансовую поддержку для исследования двигателя фотонного типа в рамках проекта Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration. И уже сейчас ведется разработка алгоритма работы по созданию первого в истории космолета, на котором будет установлен первый фотонный двигатель.

Результатом всей работы группы исследователей должен стать космический аппарат, запущенный на орбиту нашей планеты и оснащенный фотонной силовой установкой и солнечным парусом. Когда аппарат пройдет все необходимые тесты, он будет запущен и уйдет за пределы нашей солнечной системы.

По расчетам создателей, фотонный двигатель позволит аппарату весом в сто килограммов разогнаться до огромной скорости и достигнуть марса уже в течении трех суток. Если же такой агрегат оснастить персоналом, он получит большую массу и сможет долететь до красной планеты уже за месяц.

На расстоянии всего 25 световых лет от нашей солнечной системы находятся множество планет, на которых потенциально могла бы существовать жизнь. И скорее всего, первым устройством, которому удастся добраться до одной из них и будет аппарат оснащенный двигателем фотонного типа. Перед учеными лежит еще очень много направлений для исследований, и, по словам Филипа Лубина, интенсивно работать нужно уже сегодня.

Помимо космических путешествий вглубь межпланетного пространства, фотонный двигатель получит и другие применения. Ведь лазер, который способен придать аппарату скорость до 25% от скорости света способен эффективно защитить наш мир от столкновения с различными космическими телами, такими как кометы и астероиды. Данная разработка станет новым толчком в области исследования космоса, и положат начало новой эре экспансии космоса человеком. Подготовку к многолетним путешествиям, способным открыть для человечества новые миры, пригодные к жизни, нужно начинать уже сейчас.

Фотонный двигатель

Современная космонавтика пока освоила лишь околоземное пространство. Следующим этапом является освоение ближайших космических объектов: Луны и Марса, в перспективе – Венеры и спутников Юпитера. При этом, учитывая последние достижения в области создания ядерных энергетических установок и электрических двигателей для космических кораблей, реальные пилотируемые полеты к Марсу смогут быть реализованы лишь в 30-х годах XXI века. О системе Юпитера, и тем более еще более дальних планет, говорить пока вообще не приходится.

Тем не менее, несмотря на столь скромные достижения в освоении космического пространства, коллективы энтузиастов смотрят в далекое будущее, пытаясь приблизить его. Речь идет о возможности межзвездных полетов.

Учитывая, что расстояние до ближайшей звезды Альфа Центавра порядка 4,5 лет, полет космического корабля c самыми лучшими современными технологиями займет невероятные сроки – десятки тысяч лет. Даже скорость в 200 км/с, которую теоретически может позволить гигантский солнечный парус потребует более 6000 лет полета. Что же касается проекта Орион с термоядерным импульсным двигателем, то хотя его скорость и может приблизиться к 1/10 световой, это потребует столь гигантского количества топлива, что стоимость подобного корабля вряд ли будет посильна даже для всего человечества. К тому же срок полета все равно будет составлять сроки, превышающие жизнь нескольких поколений.

Еще в XX веке ученые предложили силовую установку, которая смогла бы разогнать космический корабль до скорости, близкой к световой. Это фотонный двигатель, реактивная струя которого представляет поток гамма-квантов, образуемых при реакции вещества с антивеществом. Конструкцию подобного двигателя пока настолько трудно представить, как столетие назад лвс сети и карманные компьютеры. Общий принцип, тем не менее, вполне понятен. В качестве топлива предлагается использовать антивещество. При его реакции с обычным веществом, происходит аннигиляция (исчезновение вещества) с его преобразованием в кванты гамма-диапазона. В результате высвобождается 100% энергии вещества. Это самая эффективная реакция, которая сегодня известна. Для сопоставления достаточно сказать, что 1 кг такого топлива эквивалентен 40 мегатонному термоядерному заряду.

Несмотря на столь заманчивые перспективы, технические трудности для реализации фотонного двигателя пока непреодолимы. Одной из самых серьезных проблем является изготовление поверхности, которая могла бы отражать гамма-лучи. Второй проблемой является хранение антивещества, ведь здесь потребуются хранилища из электромагнитных полей. До последнего времени подобные хранилища были способны хранить сотни – тысячи античастиц, причем время, измеряемое секундами. Это далеко не килограммы топлива. Наконец, каким образом можно добыть столь большое количество антивещества, которое было бы достаточно для всего космического полета? Естественно, очень остро стоит вопрос безопасности.

Показанные проблемы весьма серьезны, однако теоретически преодолимы, а это значит, что фотонный двигатель сможет стать реальностью.

Комментариев пока нет!

Вас может заинтересовать

Согласно социологическим опросам, большинство абитуриентов считают эту профессию не достаточно интересной, но весьма сложной и требующей далее.

компьютер не виден в сети windows 8Настройка локальной сети между компьютерами на Windows 7 и Windows далее.

Тип урока: Комбинированный Цель: сформировать знания ячейка, столбец, строка таблицы; сформировать приемы работы с таблицами; формирование интереса к изучению новых далее.

Плазменные двигатели: мифы и реальность

Наверняка каждый человек согласится с тем, что космос манит. И он уже исследуется! Вот только очень медленно. Потому что крайне сложно создать космический аппарат, который мог бы быстро преодолеть внушительные, исчисляемые сотнями тысяч километров расстояния.

Вся суть в топливе! Оно не бесконечное. Нужны современные агрегаты с другим принципом работы, и помощнее. Да, есть ядерные ракетные двигатели (ЯРД). Но их максимальный предел – 100 км/сек. К тому же их рабочее тело нагревается в ядерном реакторе.

А вот плазменные двигатели – это перспектива, которая заслуживает внимания.

Краткий экскурс в физику

Для начала стоит отметить, что любому ракетному двигателю свойственно выбрасывание из сопла слабо ионизированной плазмы. Вне зависимости от его вида. Но «классическими», настоящими плазменными двигателями являются те, которые ускоряют плазму благодаря электромагнитным силам, оказывающим воздействие на заряженные частицы.

Читать еще:  Во сколько обходиться капитальный ремонт двигателя змз 405

Процесс сложный. Любое электрическое поле, которое ускоряет в плазме заряды, придаёт электронам и ионам равные по модулю суммарные импульсы. Вдаваться в эти подробности необязательно. Достаточно знать, что импульс – это величина измерения механического движения тела.

Поскольку плазма является электрически нейтральной, то сумма всех положительных зарядов равна по модулю сумме отрицательных. Есть определённый отрезок времени – он бесконечно мал. За эти считаные мгновения все положительные ионы получают мощный импульс. Такой же направляется в обратную сторону — к отрицательным. Что получается? Суммарный импульс в итоге равен нулю. А значит, тяги не возникает.

Такой вывод: для электрического «разгона» плазмы необходимо разделение разноименных зарядов. Положительные будут разгоняться тогда, когда отрицательные выведены из зоны действия. Сделать это сложно, так как кулоновские силы притяжения восстанавливают электрическое равновесие, возникая между плазменными разноимённо заряженными сгустками.

И как же удалось воплотить этот принцип работы в плазменном ракетном двигателе? За счёт магнитных и электростатических полей. Только вот во втором случае агрегат традиционно именуется ионным, а в первом – именно плазменным.

Концепт из 60-х

Порядка пятидесяти лет тому назад советский физик Алексей Иванович Морозов предложил концепт плазменного ракетного двигателя. Его с успехом испытали в 70-х.

В нём для разделения пресловутых зарядов использовалось радиальное магнитное поле. Получается, что электроны, поддаваясь воздействию силы Лоренца, будто бы по спирали навиваются на силовые линии магнитного поля, которое их «выдёргивает» из плазмы.

Что при этом происходит? Массивные ионы инерционно проходят магнитное поле, набирая ускорение в продольном направлении электрического поля.

Да, данная схема имеет преимущества перед той, которая реализована в плазменно-ионных двигателях, однако есть и минус. Она не даёт возможности добиться большей тяги, что отражается на скорости.

Реален ли путь к звёздам?

На плазменные ракетные двигатели возлагалось немало надежд. Однако какими бы инновационными они ни казались, полёт до далёких небесных тел в рамках одной человеческой жизни обеспечить не могут.

Чтобы придать аппарату достаточный для этого тяговый импульс (а это как минимум 10 000 000 м/сек), нужно создать магнитное поле нереальной на данный момент мощности в 10 000 Тесла. Это возможно лишь с помощью взрывомагнитных генераторов А.Д. Сахарова и прочих современных аппаратов, работающих по тому же принципу.

Но опять-таки, такие мощные поля существуют на протяжении катастрофически малого временного отрезка, измеряемого в микросекундах. Чтобы добиться лучшего результата, приходилось бы утилизировать энергию ядерного взрыва силой в 10 кт. Для справки – последствия такого «явления» выражаются в 4-километрового диаметра облаке высотой в 2 км. А «гриб» и вовсе достигает вверх 7 км.

Так вот, при массе корабля в 100 тонн потребовался бы миллион подобных импульсов. И это лишь для увеличения его скорости на 100 километров в секунду! К тому же только при условии, что заряды не понадобилось бы брать в путь на борт. В вероятности они могли бы быть размещены в космическом пространстве на участке разгона.

Но целый миллион ядерных бомб? Нереально. Это тысячи тонн плутония! А его за всё время существования ядерного оружия произвели чуть больше 300 тонн. Так что плазменный ракетный двигатель с принципом работы, основанным на магнитном разделении зарядов, путь к далёким звёздам не обеспечит.

Холловский двигатель

Это вариант плазменного агрегата, для которого нет ограничений, что налагаются объёмным зарядом. Их отсутствие обеспечивает большую плотность тяги. А это значит, что холловский плазменный двигатель может увеличить скорость космических аппаратов в разы, если сравнивать, например, с ионным агрегатом того же размера.

В основе работы аппарата лежит эффект, который открыл американский физик Эдвин Холл в 1879 году. Он продемонстрировал, как в проводнике с взаимно перпендикулярным магнитным и электрическим полем образуется электроток. Причём в направлении, которое им обоим перпендикулярно.

Проще говоря, в холловском агрегате плазма образуется зарядом между анодом (+) и катодом (-). Действие несложное — разряд отделяет электроны от нейтральных атомов.

Стоит отметить, что на околоземных орбитах сосредоточено порядка 200 спутников с холловскими плазменными двигателями. Для космических аппаратов его мощности хватает вполне. К слову, именно такой агрегат использовался Европейским космическим агентством в целях экономичного разгона SMART-1 – его первой автоматической станции для исследования Луны.

Теперь можно поговорить про абляционные импульсные плазменные двигатели (АИПД). Они подходят для применения в малых космических аппаратах, которые имеют неплохой спектр функциональных возможностей. Для его расширения просто необходим высокоэффективный малогабаритный агрегат, способный корректировать и поддерживать орбиту. АИПД – перспективный аппарат с рядом достоинств, к которым можно отнести:

  • Постоянную готовность к работе.
  • Впечатляющий ресурс.
  • Минимальную инерционность.
  • Возможность точно дозировать импульс.
  • Отсутствие импульса последействия.
  • Зависимость тяги от потребляемой мощности.

Импульсные плазменные двигатели данного типа изучены в деталях. Исследователи, конечно, сталкивались и с проблемами. В частности – с поддержанием длительной работы агрегата, препятствием для которого является науглероживание поверхности.

Ещё в рамках одного из исследований, посвящённого изучению АИПД-ИТ, было выяснено, что у этого агрегата основной разряд горит на выходе из канала. А это характерная черта для двигателей намного более внушительной энергии.

Пример установки АИПД — спутник Earth Observer 1. Но претендовать на двигатель коррекции МКА он не может, поскольку потребляет слишком много энергии (60 Вт). К тому же у него низкий суммарный импульс.

Стационарный двигатель

Об этом изобретении тоже стоит сказать пару слов. Стационарный плазменный двигатель имеет особенность в виде малой вырабатываемой мощности и компактности.

Он может использоваться в космической технике как исполнительный орган электрореактивной установки. Или же в рамках научных исследований. С помощью данного изобретения вполне реально моделировать направленные плазменные потоки.

По сути, такой плазменный двигатель – это магнетрон, широко применяемый в промышленности. Он, в свою очередь, представляет собой технологическое устройство, с помощью которого тонкие плёнки материала наносятся на подложку катодным распылением мишени в плазме. Но не нужно путать данное устройство с вакуумными магнетронами. Они выполняют совершенно другую функцию – генерацию СВЧ-колебаний.

С 1995 года стационарные плазменные двигатели задействованы в системах коррекции серии связных геостационарных KA. Потом, начиная с 2003 г., данные устройства стали применять в зарубежных геостационарных спутниках. К началу 2012 года уже 352 двигателя было установлено на аппаратах, которые вышли в открытый космос.

MPD-Thruster

Это ещё один концепт плазменного агрегата. С ним связано немало надежд на космические технологии.

В чём идея? Создаётся заряд плазмы между катодом и анодом, который способствует индуцированию кольцевого магнитного поля. В действие вступает сила Лоренца, при помощи которой поле воздействует на движущиеся заряды тока, вследствие чего определённая их часть отклоняется в продольном направлении. В результате возникает плазменный сгусток, истекающий «вправо». Именно он формирует тяговый толчок.

Читать еще:  Ваз 2105 датчик температуры охлаждающей жидкости инжекторный двигатель

Данный двигатель осуществляет работу в импульсном режиме, поскольку кратковременные паузы между разрядами необходимы – так копится заряд на электродах.

Чем перспективен MPD-Thruster? Он работает без разделения разноименных зарядов. Так как они в зарядном токе двигаются встречно. Это значит, что и силы Лоренца имеют идентичное направление.

В теории у данного концепта очень выдающиеся показатели. Он может развивать впечатляющую тягу. Но и нюансы тоже есть. Магнитному полю не подвластен «разгон» электрических зарядов. Всё из-за того, что сила Лоренца оказывает воздействие, перпендикулярное их скорости. То есть не изменяет кинетические показатели. MPD-Thruster только немного изменяет направления, по которым следуют заряды – для того чтобы плазма вылетала наружу продольно.

В идеале ток между катодом и анодом должен быть в разы плотнее. Это обязательно для создания тяги. И требует больших затрат электрической энергии. Которая, впрочем, не уступает мощности плазменной струи.

Если удельный импульс составит 1000 километров в секунду, а тяга – 100 кг, то на потребление будут уходить сотни мегаватт. Которые генерировать в космосе практически невозможно. Даже если допустить такую вероятность, корабль с MPD-Thruster, имеющий нетто-массу в 100 тонн, разгонится до отметки в 10 000 км/сек. лишь за 317 лет! И это при запредельно астрономическом стартовом весе, составляющем 2,2 миллиона тонн.

При таких показателях даже невозможно представить расход газа в агрегате, пропускающем электронные заряды. И никаких подсчётов не нужно делать, дабы понять – никакие электроды не способны выдержать столь весомых химических и тепловых нагрузок.

Квантовый аппарат EmDrive

Это изобретение Роджера Шоера из Британии, над которым чуть ли не в открытую смеялось всё международное научное сообщество. Почему? Потому что его квантовый вакуумный плазменный двигатель считался невозможным. Ибо его принцип противоречит законам, которые являются фундаментом физики!

Но, как оказалось, этот плазменный космический двигатель работает, причём весьма успешно! Выяснить данный факт удалось в ходе испытаний NASA.

Агрегат прост по своей конструкции. Тяга создаётся посредством микроволновых колебаний вокруг вакуумного контейнера. А электроэнергия, необходимая для их выработки, добывается из солнечного света. Говоря простым языком – мотор не требует использования топлива и способен работать если не вечно, то как минимум до момента поломки.

Испытатели были в шоке. Двигатель тестировался учёным Гвидо Фетта и командой из NASA Eagleworks, которой руководил Гарольд Уайт – специалисты из космического центра им. Линдона Джонсона. После детального изучения изобретения была опубликована статья, в которой испытатели заверили читателей – аппарат работает и успешно создаёт тягу, пусть это и является необъяснимым противоречием закону о сохранении импульса.

И всё же учёные заявили, что данный агрегат предполагает взаимодействие с так называемым квантовым вакуумом виртуальной плазмы.

Проблема эффективного разделения зарядов

Многие физики пессимистично уверяют – она нерешаема. Есть передовые проекты, в рамках которых разрабатываются инновационные плазменные агрегаты с мощностью в 5 МВт и импульсом в 1000 км/сек., однако их тяга всё равно остаётся слишком маленькой для преодоления больших расстояний.

Разработчики понимают эту проблему и ищут другие подходы. Один из самых перспективных проектов в наше время – это VASIMR. Его удельный импульс равен 50 км/сек., а тяга составляет 6 ньютонов. Вот только VASIMR на самом деле плазменным агрегатом не является. Потому что он вырабатывает высокотемпературную плазму. Она берёт разгон в сопле Лаваля – без использования электроэнергии, только благодаря газодинамическим эффектам. А ускоряется плазма так же, как и газовая струя набирает скорость на выходе из привычного ракетного агрегата.

Заключение

В завершение хотелось бы сказать, что ни один плазменный двигатель для космических кораблей из существующих в наше время не способен доставить ракету даже к ближайшим звёздам. Это касается как экспериментально проверенных аппаратов, так и теоретически просчитанных.

Многие учёные приходят к пессимистичному заключению – разрыв между нашей планетой и звёздами фатально непреодолим. Даже до системы Альфа Центавра, некоторые компоненты которой видны невооружённым глазом с Земли, а ведь расстояние составляет 39,9 триллиона километров. Даже на космическом аппарате, способном передвигаться со скоростью света, преодоление данного расстояния составило бы около 4,2-4,3 лет.

Так что плазменные агрегаты звездолётов – это, скорей, из сферы научной фантастики. Но это ничуть не преуменьшает их значимость! Их используют в качестве маневровых, вспомогательных и корректирующих орбиты двигателей. Поэтому изобретение вполне оправдано.

А вот ядерный импульсный агрегат, который утилизирует энергию взрывов, имеет вероятный потенциал развития. Во всяком случае, как минимум в теории отправка автоматического зонда в ближайшую звёздную систему является возможной.

Финансовая поддержка проекта квантового двигателя

На сегодняшний день единственным средством перемещения в космосе является реактивный двигатель. Необходимая для движения сила тяги такого двигателя создается за счет выброса реактивной массы. Благодаря химическим ракетным двигателям, относящимся к классу реактивных двигателей, человечество достигло огромных успехов в освоении околоземного космического пространства. Однако, можно утверждать, что сейчас эти средства достигли своего технического предела. Во-первых, их скорость слишком мала, чтобы можно было бы быстро добраться до ближайших планет. Во-вторых, они должны иметь значительные запасы жидкого или твердого топлива. Таким образом, реактивные двигатели, использующие химическое топливо, и конструктивно связанные с ними космические аппараты непригодны для полетов за пределы Солнечной системы. Дальнейшее развитие космонавтики требует разработки принципиально новых двигателей – квантовых двигателей.

Разработчик опытной модели квантового двигателя (КвД) в России – ученый-изобретатель, лауреат премии правительства России, главный конструктор НПО «Квантон», Владимир Леонов. Космические аппараты с КвД способны перемещаться в пространстве без отброса массы, минуя реактивный принцип движения. Рабочие органы КвД взаимодействуют с физическим вакуумом, искусственно создавая силы инерции внутри системы двигателя. В модели космического корабля с квантовым двигателем предполагается, что КвД вызывает деформацию пространства-времени вокруг корабля. При этом впереди корабля пространство расширяется, а позади сжимается. Движение корабля происходит в сторону расширения.

В основе квантового двигателя Леонова лежит эффект Серла. В начале 50-х годов прошлого столетия английский изобретатель Джон Серл обнаружил удивительный физический эффект, противоречащий законам физики. Серл сконструировал устройство, напоминающее роликовый подшипник. Оно состоит из центрального многополюсного магнита 1 и магнитных роликов 2, сделанных из редкоземельных элементов. Схема устройства Серла показана на рис. 1.

После достижения некой критической скорости обоймы-водилы 3 с роликами, система входит в режим самовращения, не требуя подвода энергии. Более того, в ходе первых испытаний устройства Серлом произошло неожиданное. Агрегат, не переставая вращаться, стал подниматься вверх, отсоединился от разгоняющего двигателя и скрылся из виду, продолжая движение вверх. Ученые не до конца понимают, какие именно физические законы управляют электродинамическим эффектом Серла, но с высокой вероятностью можно говорить о взаимодействии устройства с физическим вакуумом или, как называет эту среду Леонов, квантованным пространством-временем.

Читать еще:  Что такое инжекторный двигатель принцип работы и устройство

Сотрудники НПО «Квантон» в 2009 году получили опытный образец квантового двигателя на горизонтальной поверхности. Пятидесятикилограммовая тележка на маленьких колесиках, без каких-либо приводов, могла толчками перемещаться по полу. Через 5 лет состоялись испытания КвД с вертикальным взлетом. Аппарат весом пятьдесят четыре килограмма ставили на направляющие, и он взлетал, демонстрируя ускорение 10-12 g. По расчетам Владимира Леонова, на космическом корабле с КвД можно долететь до Марса всего за 42 часа с полной компенсацией невесомости, до Луны – за 3,5 часа. Как говорит Леонов, максимальная скорость космического аппарата с квантовым двигателем может достичь 1000 км/c против 18 км/c у ракеты.

В нашей стране и ранее предпринимались попытки создания нереактивного, «безопорного» движителя. Одним из разработчиков такого устройства был выдающийся инженер Владимир Толчин. Начиная с 1936 года он работал над усовершенствованием приборов, которые были названы инерциоидами. Устройство-инерциоид может передвигаться без отдачи, «не опираясь ни на что». В Институте Физики Вакуума под руководством академика Шипова Г.И. создан аналог инерциоида Толчина – 4D-гироскоп. Все эти движители объединяет одна общая фундаментальная характеристика – они образуют торсионные поля (поля кручения). Поэтому такие движители также называют торсионными.

В 1994 году английский физик Мигель Алькубьерре теоретически обосновал возможность для космических кораблей на торсионной тяге перемещаться в пространстве со сверхсветовой скоростью. В статье «Космические двигатели с торсионной тягой» Геннадий Шипов пишет, что при достаточно больших энергиях вращения источника в двигателях Толчина-Алькубьерре, можно не только искривить пространство-время, но и изменить его топологию таким образом, что переход из одной области в другую возможен сквозь «кротовую нору» гораздо быстрее, чем обычным образом. Такие космические корабли будут как бы «протыкать» пространство-время, образуя в нем своеобразные туннели, позволяющие передвигаться в космосе со скоростями, превышающими скорость света.

Как было сказано выше, квантовые двигатели взаимодействуют с физическим вакуумом. За последние десятилетия научные представления о физическом вакууме менялись в результате появления новых теоретических наработок и экспериментальных данных. Оказалось, что вакуум не есть «ничто», абсолютная пустота, а среда со сложной структурой, где происходят флуктуации виртуальных частиц. Эта среда пронизывает все материальные объекты, то есть физический вакуум есть везде, как снаружи, так и внутри любого материального объекта. Некоторые ученые-физики высказывают гипотезы, что вакуум обладает колоссальной энергией.

В настоящий момент мы оказываем безвозмездную финансовую поддержку проекту квантового двигателя Владимира Леонова. Мы верим, что усовершенствованные двигатели с КвД со временем произведут революцию в космонавтике и неизбежно приведут к появлению земных летающих тарелок, что позволит человечеству выйти за пределы Солнечной системы.

Исследователи начинают создание импульсного космического двигателя, работающего на ядерном синтезе.

Благодаря бурному развитию современной науки и техники фантастические технологии, фигурировавшие в свое время в научно-фантастическом сериале «Звездный путь /Star Trek» постепенно начинают воплощаться в действительности. Мы уже рассказывали о разработках в области создания универсального диагностического прибора, аналога стартрековского трикодера. Но на этот раз дело обстоит гораздо серьезней. Ученые из Исследовательского центра аэрофизики университета Алабамы, НАСА, компании Boeing и Национальной лаборатории Ок-Ридж объединили свои усилия для создания космического импульсного двигателя, работающего на ядерном синтезе и использующим в качестве топлива «кристаллы дилития», которые хорошо известны любителям вышеупомянутого сериала.

Вот как сами ученые описывают то, над чем они работают: «Поклонникам Стартрека хорошо известно понятие импульсного двигателя, работающего на ядерной энергии экзотических кристаллов. Мы же в своей разработке используем дейтерий, один из стабильных изотопов водорода, и Li6, стабильный изотоп лития, объединенные в одной кристаллической структуре. Это — основа «кристаллов дилития», которые мы будем использовать в качестве топлива».

Конечно, то, что будут делать и использовать ученые, не совсем то, что фигурирует в сериале. В Стартреке дилитий — это необычайно редкий твердый минерал, добываемый на некоторых планетах, который используется для инициации и поддержания реакции вещество-антивещество в недрах деформационного двигателя Энтерпрайза, но никак не импульсного двигателя.

Новый импульсный двигатель, возможно, будет основан на принципах реакции ядерного синтеза, использующей технологию зета-сжатия (Z-pinch). Зета-сжатие плазмы реализуется за счет магнитного поля огромной силы, которое возникает при пропускании через плазму электрического тока не менее огромной силы. Это магнитное поле сжимает плазменный шнур до невероятно малого диаметра, ядра дейтерия и лития плазмы настолько приближаются друг к другу, что начинают идти реакции ядерного синтеза, в результате которой выделяется целый океан энергии. Стоит отметить, что технологии ядерного синтеза на основе зета-сжатия уже достаточно давно реализованы и изучаются на установке Z Machine, находящейся в Национальной лаборатории Сандиа (Sandia National Labs) американского Министерства энергетики.

На полной мощности импульсный двигатель будет почти непрерывно производить серию зета-сжатий плазмы. Но для людей, находящихся на борту космического корабля с таким двигателем, импульсы будут неразличимы друг от друга и сольются в непрерывном потоке тяги, которая обеспечит огромное ускорение космического корабля. Импульсный двигатель сможет обеспечить тягу, в миллионы раз превосходящую тягу, развиваемую двигателями современной ракеты-носителя класса Saturn-V.

Помимо огромной тяги, импульсный двигатель на ядерном синтезе будет намного более эффективен, нежели традиционный ракетный двигатель. Используя импульсные двигатели, люди смогут летать дальше, быстрее и расходуя значительно меньшее количество топлива. Полет от Земли до Марса, может занять несколько недель времени, а не месяцев. По предварительным расчетам, импульсный двигатель сможет разогнать космический аппарат до максимальной скорости в 100 тысяч километров в час, это, конечно весьма быстро, хотя и несколько недотягивает до скорости, которую позволял развить деформационный двигатель Энтерпрайза.

Но, прежде чем «включить зажигание» нового импульсного двигателя, ученым придется изрядно «попотеть». Во-первых, им придется создать и удержать самоподдерживающуюся реакцию ядерного синтеза. Во-вторых, используя некий магнитный затвор, потребуется сориентировать выделяющуюся энергию в нужном направлении. Все это подразумевает немалый объем работы, исследований, моделирования и, конечно же, финансирования. Но, учитывая, что над данной проблемой работают ведущие ученые-физики с мировыми именами, то можно надеяться, что рано или поздно им удастся создать работоспособный импульсный двигатель, работающий на принципах зета-сжатия.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector