«Техника-молодежи» 2007 г №3, с.3
Работа над ошибками| Возможен ли позитронный ракетный двигатель? Виктор ПЕТРОВ |
| М |
аксимум, чем можно добиться от космического корабля на химическом топливе — это полёта на Марс. Однако человечество мечтает о полётах к другим звёздным системам, где на планетах, подобных нашей, можно встретить другую жизнь, другую цивилизацию.
Для этого нужны звездолеты с принципиально новыми источниками энергии. Писатели-фантасты, да и многие учёные, предлагают использовать фотонный двигатель, работающий на самом ёмком источнике энергии — антивеществе.
На Земле и в окрестностях антивещества нет, однако можно искусственно создать на ускорителях. Оно, следовательно, будет использоваться не как источник, а как аккумулятор энергии. Аннигилируя с обычным веществом, оно даст мощный поток фотонов, т.е. электромагнитное излучение. Если «камеру сгорания» разместить в фокусе параболического зеркала, то, по замыслу, можно сформировать узкий луч, направленный назад, и весь импульс фотонов пошёл бы на реактивную тягу корабля.
Однако такая оптимальная схема двигателя по реализуема на практике. Даже антиводород при аннигиляции своего ядра — антипротона — с протоном (ядро обычного водорода) дает два фотона с энергией по 1000 МэВ каждый. Это не свет, а очень жёсткое гамма-излучение, обладающее высокой проникающей и поражающей способностью1.
Зеркал для отражения гамма-излучения не существует, и камеру сгорания пришлось бы разместить в открытом космосе позади корабля (рис. 1). Однако при этом больше половины фотонов не создают тяги вообще, а оставшиеся — только проекцией импульса на ось корабля. Поэтому тяга корабля более чем в 2,5 раза меньше. Смиримся с этим, взяв топлива побольше.
Радиационная защита экипажа и электроники корабля от очень мощного и жёсткого гамма-излучения должна содержать не менее метра свинца. А главное — как хранить антивещество? Его атомы электрически нейтральны, и в магнитной ловушке их не удержишь, а при любом контакте с веществом корабля произойдет взрыв...
Американская фирма «Positronics Research» (г. Санта-Фе) предлагает более дешёвый и безопасный космический корабль, пока только для полёта на Марс за 45 — 90 дней. Разработка финансируется институтом перспективных концепций NASA.
В качестве топлива взято не антивещество, а антиэлектроны, т.е. позитроны. При аннигиляции позитрона с электроном образуются два фотона с энергиями 0,5 МэВ, т.е. мягкое гамма-излучение, от которого легче защититься. К тому же позитроны имеют электрический заряд и их можно удерживать в магнитной ловушке.
В разрабатываемом корабле нужное количество позитронов нарабатывается на земных установках и упаковывается в большое число миниатюрных магнитных капсул-ловушек. При включении двигателя капсулы с большой частотой поступают в центр реактора, где удерживающее магнитное поле выключается, а освободившиеся позитроны вступают в реакцию с электронами (рис. 2). Выделяющееся излучение нагревает водород, который с большой скоростью истекает из сопла обычного реактивного двигателя, создавая тягу. По сравнению с химическими двигателями удельный импульс в 10 — 15 раз больше за счёт более высокой температуры рабочего тела (водород), а следовательно, и скорости истечения газа. В отличие от ионных двигателей, удельный импульс ещё больше, здесь не нужны огромные панели солнечных батарей или другие источники электрического тока2, и корабль может взлетать прямо с земли3.
 Схема звездолета на антивеществе: 1 — «камера сгорания»; 2 — подача антивещество: 3 — подача вещества; 4 — радиационная защита; 5 — агрегатный отсек; 6 — жилые помещения Рис. 1 |  Схема космического корабля на позитронах: 1 — «камера сгорания; 2 — запас позитронов; 3 — баки с рабочим телом (водород); 4 — реактивное сопло; 5 — радиационная защита; 6 — жилые помещения Рис. 2 |
Стоимость наработки необходимых для полёта на Марс 10 мг позитронов составляет приблизительно 250 млн долл., так что первый полёт звездолёта на антиматерии, по мнению фирмы, не за горами.
На наш взгляд, это не совсем так. Учёные фирмы не учитывают электрический заряд позитронного топлива и его притяжение к Земле и кораблю. При наработке положительно заряженных позитронов Земля заряжается отрицательно, так как исходно она электрически нейтральна. Заряд 10 мг позитронов составляет 2 миллиона КА, сила притяжения корабля к Земле перед стартом при толщине изоляции 1 м составит 1023 Н, т.е. 1019т-с. Это вес 10 млн таких гор, как Эверест. Ясно, что никакой двигатель не сможет преодолеть такой силы. Если же скомпенсировать положительный заряд, взяв на корабль дополнительно 10 мг электронов, то ни одна конструкция не выдержит силы притяжения емкостей с позитронами и электронами в десять миллионов Эверестов. Да до этого дело и не дойдет — 10 мг позитронов невозможно даже вывезти с производства из-за такой громадной силы кулоновского притяжения.
Следовательно, говорить о звездолётах с топливом из антиматерии пока преждевременно, а попытки создания корабля на Марс американской фирмой «Positronics Research» нереальны и носят рекламный характер.