«Техника-молодежи» 2006 г №7, с.30-34
ОДИН АТОМ В КУБОМЕТРЕ ПУСТОТЫ— МНОГО ЭТО ИЛИ МАЛО?  НА ЗЕМЛЕ СТОЛЬ ЧИСТОГО ВАКУУМА ПРОСТО НЕ СУЩЕСТВУЕТ — ПОЧТИ АБСОЛЮТНАЯ ПУСТОТА. НО ЭТОГО ДОСТАТОЧНО ДЛЯ РАЗГОНА ПРЯМОТОЧНОГО ЗВЕЗДОЛЁТА, ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОТОРОГО НАЧАЛОСЬ ЕЩЁ В 1960 X! ЧИТАЙТЕ СТАТЬЮ «МЕЖЗВЕЗДНОЕ ПУТЕШЕСТВИЕ. АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ» НА С. 30. |
Валерий БУРДАКОВ, профессор, доктор технических наук
 Схема работы волнового генератора сжатого газа: 1 — устройство для подачи капсул. 2 — корпус генератора. 3 — взрываемое 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 — 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; 16 — системы лазерного зажигания топливных капсул. |
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 тему, выполненные в 1955-1958 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 (≈ 2·10-21 кт/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 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 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 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 боргу звездолета должны находиться запалы для этих мини-бомб, а оснащаться они будут водородом, взятым 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 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 (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 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 (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 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...
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 2x1018 м2! Диаметр входного конца такой магнитной «воронки» равен примерно 2 мли 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 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 7x109 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!
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 руководства 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...
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 негерметичны из-за того, что располагаются в герметичном вакуумированном желобе и последовательно подаются в самое узкое место прямоточного двигателя, где удерживаются в состоянии левитации, обтекаются сжатой в массозаборнике смесью водорода и гелия, аниигилируют с ними и тем самым создают тягу двигателя. Наши эксперименты в МЛИ показали, что наиболее просто осуществить левитацию намагниченного тела в магнитном поле или токопроводящего тела в СВЧ — электромагнитном поле. Следовательно, необходимо, чтобы твердое антивещество было либо магнито-твердым, либо токопроводящим.
 Так выглядит прямоточный фотонный звездолет, идущий в режиме разгона |
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 путешествиях 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 ведь не знает, как получить, скажем, 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 будет 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. Настал черед 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 штрих-пунктирными линиями). Это поле, во-первых, фокусирует встречный поток межзвездного вещества на входе в массозаборник, во-вторых, удерживает так называемый электронный диск, выполняющий функции дополнительного реактивного сопла, поскольку от него отражаются γ-кванты, 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 направлена по ходу движения звездолета, а это означает, что оно не только не создает тягу, но и тормозит его движение. Для этого и нужен электронный диск, который отражает назад непослушные γ-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, антижелезо с системами хранения и подачи — 765,4 т, топливные элементы — 50,0 т, буферные батареи и аккумуляторы — 10,0 т. 15-мегвваттная 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 звездолету достичь околосветовых скоростей. 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, открытой 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 залетел посланец иного мира и почти полтора месяца собирал вещество «солнечного ветра», а более мелкий и невидимый с Земли объект отчалил от него в самом начале этого процесса и улетел по направлению к Земле или другой планете. Этому объекту могло принадлежать и стабильное радиоизлучение!