Я думаю, все, кто интересуется космонавтикой знают формулу, которую Константин Эдуардович Циолковский вывел в 1897 году, определяющую максимальную конечную скорость одноступенчатой ракеты. Тем не менее, напомню: она равна эффективной скорости истечения рабочего тела (удельному импульсу двигателя), помноженной на натуральный логарифм отношения начальной и конечной масс ракеты.
С помощью этой формулы можно понять, сколько требуется топлива на старте, чтобы разогнать ракету до определённой скорости. К примеру, для того чтобы разогнать ракету конечной массой 10 тонн до скорости выше второй космической (11,2 км/с) с помощью современных ракетных двигателей с импульсом порядка 3000 м/с, нужно около 500 тонн топлива и окислителя.
Самым адекватным решением для решения задач освоения космического пространства оказалось создание многоступенчатых ракет-носителей, но даже с этими технологиями невозможно достичь скорости, превышающей удельный импульс более чем в четыре-пять раз.
Единственным способом повышения эффективности химических ракетных двигателей является увеличение скорости истечения рабочего тела, но на сегодняшний день исчерпаны практически все способы для этого, а лучшие ракетные двигатели, работающие на паре кислород-водород, только приближаются к отметке удельного импульса (отношение силы тяги к расходу рабочего тела) в 4500 м/с.
На сегодняшний день существует несколько проектов ядерных ракетных двигателей (ЯРД), которые теоретически способны выдать импульс до 20 000 м/с, но и с такими показателями даже до внешних планет Солнечной системы придётся лететь годы — о межзвёздных путешествиях нет и речи.
Каковы перспективы?
С одной стороны, можно сказать, что необходим серьёзный прогресс в фундаментальной физике и химии, чтобы говорить о межзвёздных перелётах. С другой, мы, вероятнее всего, не используем и 10% от возможных приложений от уже существующих теорий.
Вполне вероятно, что основная проблема на сегодня заключается в подходе к исследованиям со стороны технологического сектора. Что, если расходуется слишком много денег и, самое главное, времени на технологии, которые себя исчерпали или не позволят совершить достаточный технологический прорыв, как в случае с ЯРД?
Не следует ли человечеству сконцентрироваться на создании термоядерного двигателя? Теоретический удельный импульс термоядерного двигателя (при реакции дейтерия и гелия-3) составляет 21,5 млн. м/с, то есть более 7% от скорости света, что потенциально позволяет разогнать межзвёздный корабль до 25−30% от скорости света. Будем реалистами и заложим запас топлива на торможение. Мы всё равно получим около 10-12% от скорости света.
Тут мы, правда, сталкиваемся с проблемой, но так и реализуются технологические прорывы — путём решения проблем. Выходная мощность РД равна половине произведения его тяги на удельный импульс, то есть, при удельном импульсе 21,5 млн. м/с нужна либо какая-то фантастическая мощность, достижение которой выглядит маловероятным в ближайшее время, либо разгон будет составлять долгие годы. Но ведь можно для начала снизить удельный импульс, скажем до 150 000 м/с. Этого будет абсолютно достаточно для полноценного освоения Солнечной системы межпланетными кораблями, не предназначенными для входа в атмосферу.
Знаете ли вы другие альтернативы химическим ракетным двигателям? Как считаете, не пора ли бросить гораздо бо́льшие силы на развитие новейших технологий?
Друзья, не забывайте оценивать и делиться публикациями канала. Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.
