Межзвездное путешествие. Аспекты проблемы

1 1 1 1 1 Рейтинг 5.00 (4 Голоса(ов))
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 равно 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 межзвездного прямоточного реактивного двигателя, и мы с академиком Б.С. Стечкиным (1891-1969) - основоположником теории воздушно-реактивных двигателей - обсуждали мои студенческие "проекты" на эту темы, выполненные в 1055-1958 гг., еще при жизни С. П. Королева (1907-1966). Мне повезло, 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 за счет термоядерной реакции, а затем ускоряться и выбрасываться снова в межзвездное пространство. Малая плотность межпланетной (~ 10-17 кг/м3), а тем более - межзвездной (~ 2x10-21 кг/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".
Было известно, что половина космического водорода находится в ионизированном 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 двигатель не попадет. 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 пространств 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 находится запалы для этих мини-бомб, а оснащаться они будут водородом, взятыми из окружающего пространства, ожиженным, а затем замороженным до твердого состояния.
Двигатель тогдашнего звездолета показан на с. 30. 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 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 (см. первоначальный проект звездолета на развороте).
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 оклеивать его тонкими пластинами 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 начинала работу прямоточный двигатель (с. 30).
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 МАИ, даже начал изготовлять в металле для работы на обычном бензине, но скепсис тогдашнего моего окружения и непомерное объемные производственные задания привели к остановке этой работы. Зато С. П. Королев скептиком не был и однажды отправил 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 летать в космос, находясь за таким отражателем...


picture_68

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 в кольцевом канале; 5 -внешняя обечайка жаровой камеры; 6 - внутренняя обечайка жаровой камеры; 7 -цилиндрический делитель волны; 8 - направление распространения продуктов реакции в противоположную жаровую камеру; 9 - направление распространения волны и газа через внутренние полости пилонов на выходе из генератора; 10 - пилоны; 11 -воздух, увлекаемый в противоположные камеры потоков В и проходящий между пилонами 10; 12 - резонатор; 13 - дефлектро; 14 - продукты сгорания, идущие на выход из генератора после срабатывания противоположной камеры; 15 - система лазерного зажигания топливных капсул.


С Борисом Сергеевичем Стечкиным мы обсуждали и проблему сверхпроводимости. Ведь наш массозаборник должен был генерировать мощнейшее магнитное поле, что бы собирать частицы межзвездной среды с площади 2x1018 м2! Диаметр входного конца такой магнитной "воронки" равен примерно 2 миллионов км. То есть сопоставимой 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 10-7%. 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 7х109 кДж/кг. В термоядерном примерно 1011 кДж/кг, а в аннигилирующей смеси - 9х1013 кДж/кг, то есть в 1000 раз больше, чем у водородной бомбы!
Проблема, казалось бы, зашла в тупик. Но мы на двигательном факультете МАИ, с которым я не расставался в течении всех лет работы "в Подлипках", оптимизма не теряли. Прежде всего, изучали левитацию, то есть стояние, когда твердое или расплавленное тело может даже в поле земной тяжести висеть вне контактов с другими предметами в магнитом, 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 устойчив. 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 руководства института посещали высокие научные делегации (из Англии, США, Франции), которые при этом рассказывали о свих 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, на в мирных целях...


СХЕМА ЗВЕЗДОЛЕТА

picture_69

1 -узел крепления отражателя пульсирующего термоядерного двигателя; 2 - сопло; 3 - контейнер с системой 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, леченые 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 - ускоритель-ионизатор встречного потока; 18 - игла массозаборника.

СХЕМА РАБОТЫ ПРЯМОТОЧНОГО ФОТОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
picture_70

1 - протонно-электронный луч, ионизирующий встречный поток межзвездного вещества; 2 - условное изображение магнитных силовых линий; 3 - диск, образованный электронами, эжектируемыми тангенциально с внешней поверхности массозаборника в плоскости перпендикулярной направлению полета;

picture_71

4 - начальная зона аннигиляции, характерная не только фотонным излучением, но и образованием нейтральных в смысле электрического заряда протн-антипротнных и электрон-позитронных пар, малое время жизни которых (10-10 с). приводит к тому, что здесь же в реакционной камере образуются нейтральные пи0-мезоны (время жизни 10-12 с) и p0-мезоны (время жизни 10-10 с).
При скорости полета звездолета 10 000 км/с упомянутые частицы движутся со скоростями примерно во столько раз большими, во сколько меньше их масса.
Но переместиться они успевают всего на несколько миллиметров, образуя при этом гамма-излучение и электронно-позитронные пары. Здесь же образуются заряженные p± мезоны, время жизни которых 2.6х10-8 с, а скорость составляет около 2х105 км/с, следовательно, они проходят путь тоже не очень большой - не более нескольких метров, образуя µ0-мезоны, нейтрино и антинейтрино; 5 - зона аннигиляции µ0 -мезонов и образования электронно-позитронных пар. Поскольку их время жизни составляет 2.2х10-6 с, а скорость из движения приближается к световой, они успевают переместиться на расстояние порядка 220 м, что и отражено на схеме.
Иное дело, когда звездолет разгонится до скорости 105 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 гамма-квантов заключает процесс разгона реактивной фотонной струи.
Поскольку конечными продуктами аннигиляции являются гамма-кванты и нейтрино (они образуются и на всех промежуточных стадиях), то скорость реактивной струи равна скорости света. Отсюда и название двигателя - прямоточный фотонный двигатель.

picture_72

Так выглядит прямоточный фотонный звездолет, идущий в режиме разгона.


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 приводится в действие открытием крана, через который окружающий воздух заполнит контейнер, начнет аннигилировать с твердым антивеществом, оба вещества начнут испаряться, перемешиваться и взорвутся. Звездолетные контейнеры негерметичные из-за того, что располагаются в герметичном вакуумированом 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 ним и тем самым создают тягу двигателя. Наши эксперименты с МАИ показали, что наиболее просто осуществить левитацию намагниченного тела в магнитом поле или токопроводящего тела в СВЧ - электромагнитном поле. Следовательно, необходимо, чтобы твердое антивещество было либо магнитотвердым, либо токопроводящим.
На этом все рассуждения тогда, в 1985 г., и заканчивались. Тем более что началась так называемая перестройка, да и дел по "Бурану-Энергии" было невпроворот. С грустью читал я домыслы теоретиков о межзвездных путешествия далекого будущего, о парадоксе близнецов, о том, что можно, оказывается, в пределах одной человеческой жизни "всю-то Вселенную проехать", как поется в известной русской песне. И вспоминал свои беседы с казанским профессором А. З. Петровым - специалистом по "пространствам Эйнштейна" и тонким знатоком его теории. Оказывается, парадокс близнецов существует только лишь при прямолинейном движении звездолета. При искривлении траектории, а тем более при повороте и обратном полете "домой" он либо исчезает, либо требует самостоятельного более глубокого изучения. Но эта работа очень сложна и неактуальна из-за того, что такого полета вообще никогда не будет! Никто не знает, как получить, кажем, кусок антижелеза!
Луч надежды сверкнул в самое последнее время, когда стало известно, что на орбитальной станции "Мир" были получены первые обнадеживающие результаты в эксперименте "плазменный кристалл". Оказалось, что частицы "пыли" в плазме могут собираться вместе и образовывать твердое тело. Естественно, журналисты сразу же заговорили о том, что алмазоносные трубки в Якутии осваивать больше не надо. Ведь теперь алмазы любых наперед заданных размеров можно будет получать на Международной космической станции, которую мы строим для американцев, и мечтаем, что она действительно буде международной, в том числе и нашей... Конечно, до получения антижелеза еще очень далеко, но надежда все же есть!
Вот почему имеет смысл представить возможный облик будущего звездолета. Итак, отработал ракетный ускоритель с ЖРД, закончил свою деятельность и отделился от звездолета взрывной термоядерный двигатель. Настала череда вставленного внутрь сопла проточного пульсирующего термоядерного двигателя, который обеспечил звездолету скорость 10 000 км/с и где-то на границе Солнечной системы тоже простился с ним. В рабочую камеру двигателя подаются и закрепляются там левитаторы с антижелезом. Сразу же начинается реакция аннигиляции между антивеществом и обтекающим его водородом. Часть огромной энергии идет на генерацию в витках массозаборника тока сверхпроводимости, который образует мощнейшее электромагнитное поле ( показано на рисунке белыми штрихпунктирными линиями). Это поле во-первых, фокусирует встречный поток межзвездного вещества на входе в массозаборник, во-вторых, удерживает так называемой электронный диск, выполняющий функции дополнительного реактивного сопла, поскольку от него отражаются гамма-кваны, генерируемые на конечной стадии аннигиляции электронов и позитронов на большом удалении от звездолета, а в-третьих, фокусирует реактивную струю после ее выхода из сопла, передавая тяговый импульс звездолету.
Незначительная часть излучения направляется по ходу движения звездолета, а это означает, что оно не только не создает тягу, но и тормозит движение. Для этого и нужен электронный диск, который отражает назад непослушные гамма-кванты.
Укрупненная массовая сводка звездолета выглядит следующим образом: обечайка массозаборника - 12.0 т. игла массозаборника - 4.0 т, инжекторы электронов в отражающий диск - 5.0 т, ускоритель-ионизатор встречного потока - 20.0 т, сопло - 13.0 т, антижелезно с системами хранения и подачи - 765.4 т, топливные элементы - 50.0 т, буферные батареи и аккумуляторы - 10.0 т, 15 -мегаваттная ядерная энергоустановка - 50.0 т, обитаемые отсеки 27.5 т, регенераторы воды и воздуха - 5 т, хранилища с жидкими газами и водой -72.0 т, оранжереи, фабрика белка - 53.0 т, бортовая биологическая защита - 20.0 т, системы управления, связи, измерений и индикации - 4.0 т, кабельная сеть - 12.0 т, система обеспечения теплового режима - 15.0 т, вспомогательное оборудование - 20.0 т, узлы крепления отражателя пульсирующего ТЯРД - 0.32 т, запасные части, материалы и оборудование - 10.0 т. При резерве в 15.0 т начальная масса получается 1184.22 т, конечная - 773.22 т.
Световая скорость реактивной струи принципиально позволяет достичь звездолету околосветовой скорости. При скорости полета равной скорости света, тяга двигателя будет равна нулю. Реально на фоне звездного неба движущийся звездолет будет выглядеть точно так, как выглядела фотография кометы Аренда-Ролана, открытая в 1956 г., присланная мне из Пулковской обсерватории. Аномальный, направленный вперед по ходу движения кометы хвост, наблюдался впервые. Этот хвост появился 22 апреля 1957 г. и исчез в самом начале мая. А перед этим 10 марта 1957 г. радиостанция университета в Огайо (США) зарегистрировала радиоизлучение кометы на волне 11 м (27.6 МГц). Радиоизлучение было стабильным, а его интенсивность колебалась в пределах ± 30%. Наблюдалось оно больше месяца, а в период с 16 марта по 19 апреля было наиболее мощным. С 20 по 21 апреля, перед появлением аномального переднего хвоста, источник излучения начал удаляться от кометы примерно по радиусу-вектору от Солнца. 9 апреля 1957 г. бельгийские радиоастрономы обнаружили радиоизлучение кометы на волне 0.5 м (строго 600 МГц). Оба хвоста кометы были аномальными и не соответствовали многочисленным наблюдениям комет и теории кометных хвостов, разработанной Ф. А. Бредихиным! Комета, кроме того, двигалась по гиперболической орбите, то есть Солнечной системе не принадлежала. Чем больше я изучаю эту комету и чем подробнее рассматриваю возможное устройство звездолета, тем больше нахожу соответствия между ними! Такое впечатление, что к нам в гости залетал посланец иного мира почти полтора месяца собирал вещество "солнечного ветра", а более мелкий и невидимый с Земли объект отчалил он него в самом начале этого процесса и улетел по направлению к Земле или другой планете. Этому объекту могло принадлежать и стабильное радиоизлучение!

 

© 2021 SpaceAssociation.