Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Горячий газ, получаемый при сгорании воспламеняющегося топли­ва, как это происходит в обычных ракетах, — не единственный способ создать тягу для старта космического корабля. Другой способ обеспе­чить межпланетное или межзвездное движение заключается в использо­вании мощных линейных ускорителей элементарных частиц. Части­цы атома разгоняются до высочайших скоростей и «выстреливаются» позади космического корабля, придавая тому импульс, направленный вперед, в соответствии с принципом действия и противодействия.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

На рисунке 9.8 изображена упрощенная схема работы двигателя ионной ракеты. Источник испускает ионизированный газ (водород или гелий, например) в большом количестве. Положительно заря­женные ионы простого водорода[30] состоят из отдельных протонов. Положительно заряженные ионы гелия обычно состоят из двух про­тонов и двух нейтронов. Любое атомное ядро фактически является положительно заряженным ионом, который можно разогнать отри­цательно заряженными катодами, сквозь которые оно проходит. Электрическое напряжение на катодах очень высоко, за счет чего создаются мощные электрические поля. На каждый последующий катод подается более высокий отрицательный заряд.

Ионы по мере прохождения через катоды набирают скорость и инер­цию. К моменту прохождения последнего катода они имеют такую вы­сокую скорость и направленное назад количество движения (произве­дение массы на скорость), что результирующая сила способна толкать космический корабль вперед. Эта сила невелика, но постоянна.

За долгое время в близкой к вакууму глубине космоса звездолет такого типа теоретически может набрать скорость, значительно пре­вышающую ту, что доступна обычным ракетным космическим ко­раблям.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИОННОЙ РАКЕТЫ

• Ионные ракеты эффективны. На производство импульса они тратят большую часть входящей энергии.

• Ионная ракета способна функционировать долгое время, по­зволяя небольшому кораблю достичь высокой скорости, хотя ускорение ионной ракеты невелико.

• Ионные ракеты безопасны по своей сути, так как горючее для них хранится в форме, которая не может воспламениться или взорваться в открытом космосе.

НЕДОСТАТКИ ИОННОЙ РАКЕТЫ

• Работа линейных ускорителей элементарных частиц требует много энергии. Единственная существующая на сегодняшний

день технология, позволяющая получить необходимое количе­ство энергии за требуемое время, — это ядерный реактор на борту корабля.

• Получение и хранение на борту корабля необходимого для долгих путешествий количества топлива может быть проблема­тичным.

• Ионная ракета ускоряется медленно, поэтому ее нельзя исполь­зовать для вывода космического корабля на орбиту Земли. Она функциональна только для корабля, уже находящегося в кос­мосе.

Задача 9.4

Чем ограничивается скорость ионной ракеты, движущейся в межзвездном пространстве бесконечно долго? Чем эти ограничения отличаются от факторов, ограничивающих максимальную скорость, с которой может лететь реактивный самолет в атмосфере Земли?

Решение 9.4

Максимальная скорость реактивного самолета определяется ско­ростью выброса выходящих газов из турбины. Сила сопротивления воздуха не позволяет самолету двигаться быстрее, чем тяга реактив­ной струи, выбрасываемой двигателем назад. Однако в космосе ситу­ация иная. Пока поддерживается импульс, скорость способна возрас­тать без ограничений. Величина импульса ионного двигателя зависит от количества движения испускаемого вещества (ионизированного газа). Если протоны покидают двигатель корабля с постоянной ско­ростью и частотой, импульс, а значит и ускорение аппарата остают­ся постоянными. Со временем при постоянном (и даже невысоком) ускорении корабль может достичь высочайшей скорости. Ее теорети­ческий верхний предел, согласно специальной теории относитель­ности, равен скорости света, обозначающейся латинской буквой «с». Приблизительное значение скорости света равно 300 000 км/с, или 186 000 миль в секунду[31].

Комментарии запрещены.