КОСМИЧЕСКИТЕ ДВИГАТЕЛИ

[BG-Science]

КОСМИЧЕСКИТЕ ДВИГАТЕЛИ

Напълно ясно е, че развитието на космическите двигатели ще бъде с такива темпове, каквито нито една претендираща за точност прогноза не може да предскаже, но нека все пак се опитаме да повдигнем булото на времето. Това би могло да стане, като проследим развитието на самата космическа техника. Все повече и повече ще се увеличават обемът и масата на изстрелваните обекти, които ще имат относително ниска орбита. Става дума за изграждането на промишлени предприятия, енергийни системи, научни станции и прочие. Освен това ще са необходими транспортни средства, за да се достигат високи орбити или за да се преминава от една орбита на друга. Днес това става, като се изполват двигатели с твърдо гориво за промяна на орбитата (в американските космически совалки) или като се използват двигателите на последната ракетна степен с течно гориво (ракетният носител «Ариана»). И двата метода обаче имат съществени недостатъци — ниска точност в първия случай и висока цена във втория, — които ще трябва да се избегнат в проектите на XXI век.

Не на последно място в списъка на космическата техника на бъдещето са междупланетните и междузвездните полети. Всичко това ще изисква нови не само в количествено, но и в качествено отношение двигатели, които специалистите прогнозисти делят на три вида: автономни — носещи на борда си източника на енергия и източника на масата (работното тяло), двигателни системи с външен източник на енергията и накрая двигателни системи с външен източник на масата. Нека да ги разгледаме поотделно.

Автономен двигател е например ракетният, който преобразува някой вид енергия в кинетична. Тук е мястото да си припомним един природен факт — за изнасяне на един килограм маса на орбита с височина 300 километра (от повърхността на Земята) са необходими 4,5.107 джаула енергия. Ясно е, че трябва да се конструират двигатели, които имат малка маса и висока относителна тяга. Изчисленията показват, че тук първенството се печели от ядрените системи, използващи енергията от делението, синтеза и анихилацията. Като се има предвид, че за междупланетни полета е необходима скорост няколко десетки километра в секунда, специалистите са на мнение, че в такъв случай най-подходящ е атомен двигател, използващ разпадането на уран-235. Дори и при КПД, равен на 0,01, съотношението между масата на горивото и масата на космическия кораб тук ще бъде 0,056. Във връзка с някои ограничения обаче поне на първо време енергията на ядрената реакция няма да се използва пряко, а ще се предава на друга неутрална маса — тоест източникът на енергия и изхвърляната маса ще са разделени.

Вече съществува проект за импулсен термоядрен двигател с лазерно «запалване» на реакцията — енергията на един импулс ще бъде около милион джаула, продължителността му — 10 наносекунди, честотата на импулсите — 500 херца, а масата на лазера — 150 тона. При един микровзрив ще се отделя енергия в рамките на 108 джаула и според авторите на проекта такъв двигател ще може да ускори полезен товар с маса 100 тона до скорост 10 километра в секунда само за едно денонощие. За постигането на такава скорост ще са необходими около 100 милиона микровзрива. В друг проект за ускоряване на 100 тона до скорост 0,15 от скоростта на светлината ще трябва да се използват няколкостотин тона термоядрено гориво в продължение на една година.

Двигателните системи с външен източник на енергията са следващият клон в развитието на космическата техника през XXI век. Ясно е, че външният източник на енергия може да бъде или от естествен, или от изкуствен произход. В първия случай това са Слънцето, междупланетната и междузвездната среда, а във втория — мощни източници на насочено електромагнитно излъчване например. По понятни причини — ограничена мощност на източника, сложност при насочването и прочие — вторият вариант е значително по-малко перспективен. Общото и за двата начина е сложността при изграждането на двигателните системи. Например при използването на Слънцето като външен източник на енергия за създаване на тяга 1 килограм в секунда (в зоната на нашата планета, намираща се на около 150 милиона километра от Слънцето) ще е необходимо платно с площ 300 декара! И все пак такива проекти се правят. Една от най-перспективните конструкции е така нареченият слънчев жироскоп, който ще има 12 спици по 7,4 километра дълги, широки 8 метра, с маса 200 килограма. Според изчисленията тази конструкция ще осигури в зоната на Земята тяга от 0,5 килограма в секунда, която с течение на времето да достигне до 55 килограма в секунда.

И последният тип космически двигателни системи, на които предстои да се развиват през следващия век, са двигателите с използване на външен източник на маса. Пример за това са съвременните газотурбинни и въздушно-реактивни двигатели, които използват външна маса — кислорода от въздуха, който окислява горивото. За Космоса обаче е необходимо нещо друго. Известно е, че междупланетната среда съдържа плазма, като заредените частици могат да се използват от двигателя. За събиране на тези частици обаче трябва да се използват мощни магнитни полета. Изчисленията показват, че използването на междупланетната или междузвездната среда като външен източник на маса става ефективно, когато силата на използваното за «капан на частици» магнитно поле нарасне стотици хиляди пъти. Засега такова повишение не е реално. Разбира се, възможни са още видове двигатели за космическите кораби на бъдещето, като фотонни, импулсноядрени, лазерни и други, но те едва ли ще бъдат претворени в действителност през XXI век. Те ни очакват в едно по-отдалечено бъдеще.