В продолжение цикла статей на космическую тему
Критика Лунной программы Илона Маска
Стоит поговорить о доступных на сегодняшний день технологиях полёта в дальний космос. Дальний космос в контексте обсуждения - за пределами Главного пояса астероидов Солнечной системы, расположенной между орбитами Марса и Юпитера.
В первую очередь следует заметить, что человеческая цивилизация лучше всего умеет управляться с огнём. Уж что-то, а тепло во всех видах создавать мы научились отлично и если приложить человеческое умение управлять огнём к технологии космических полётов, то огонь и тепло должны непосредственно конвертироваться в механическое движение. Для упрощения конструктива и повышения надёжности, что для космоса гораздо важнее многих других показателей, особенно в перспективе длительных сроков полёта до намеченной цели.
Замечу, что именно конструктивная сложность во многом похоронила российский проект "Зевс" в его известном широкой публике виде.
Самым эффективным способом перевода огня в движение является взрыв. Именно на этом простом рассуждения был основан проект Николая Кибальчича, одного из бомбистов-народовольцев, убивших в 1881 году императора Александра Второго.
Ракета Кибальчича должна была лететь за счёт взрывов пороховых шашек, последовательно сбрасываемых ниже плиты-отражателя, воспринимающей импульс энергии взрыва.
Практически такой же проект был предложен в 1946 Станиславом Уламом, одним из разработчиков американской термоядерной бомбы. Он предложил поставить на ракету обойму маленьких атомных бомбочек, которые должны были по очереди вбрасываться в фокус зеркала-отражателя и там взрываться. Продукты ядерного взрыва отражались от зеркала и толкали космический корабль к цели.
Впоследствии идея Улама получила развитие в проекте ядерно-импульсного космического корабля «Орион», где разработчиками были американец Тед Тейлор и англичанин Фримен Дайсон.
Для выхода на орбиту Земли и полетов к Луне и Марсу был спроектирован космолёт на атомных бомбах мощностью сто тонн тротилового эквивалента. "Орион"-планетолёт мог нести восемь космонавтов и 100 тонн груза.
"Орион" в межзвёздной конфигурации разгонялся взрывами водородных бомб мощностью в 1 мегатонну тротилового эквивалента. В теории ядерная импульсная ракета с непрерывным ускорением 1G (9,8 м/с*с) может достичь 80% скорости света. В 1959 сделали модель-демонстратор весом 130 кг, вместо атомных бомб использовался тротил. На испытаниях аппарат поднялся на 100 метров и успешно приземлился на парашюте.
Надежность отражателя и покрытия проверили во время атомных взрывов на атолле Эниветок. Стальные сферы покрыли слоем графита и разместили в 9 метрах от ядерного устройства. Ядерный взрыв испарил графит, но сферы остались неповреждёнными.
Так же рассматривались проекты, где ядерный взрыв испарял рабочее тело, создающее реактивный импульс. Инженеры американской компании «Мартин» предложили свой вариант взрыволета. Этот корабль предназначался для вывода грузов на орбиту Земли. Если в «Орионе» взрывы происходили снаружи корабля, то в «Мартине» ядерные заряды взрывались внутри большой сферической камеры, заполненной водой. Образовавшийся после взрыва пар вырывался из взрывной камеры со скоростью в несколько десятков километров километров в секунду обеспечивая реактивную тягу.
Во избежание радиоактивного загрязнения, ракета сначала поднималась на высоту 150 км с помощью химических двигателей, и только потом использовался ядерный двигатель. Стартовая масса корабля составляет почти 1500 тонн, из которых 1000 тонн – вода, и 90 тонн полезная нагрузка. В процессе проработки проекта от воды отказались и вернулись к схеме "Ориона", но с весьма существенным дополнением. Предполагалось использовать твёрдые диски: их предлагали сбрасывать вслед за бомбой, взрыв которой воздействовал бы на диск, испаряя его и обеспечивая дополнительный импульс за счёт продуктов испарения.
Очень похож на проект компании «Мартин» корабль под названием «Гермес». Здесь также используется сферическая камера, но вот заполняется она не водой, а водородом. При этом скорость истечения рабочего тела из двигателя на порядок выше.
Аналогичные проекты были и в СССР. В 1961 по предложению академика Сахарова начали проработку «ПК-3000» («Пилотируемый комплекс со стартовой массой 3000т») и «ПК-5000» со стартовой массой 5000т. Полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в этих вариантах составляла 800 и 1300т соответственно, что составляло около 25% от стартовой массы - очень высокий показатель, у нынешних ракет он составляет около 10%.
Все подобные проекты на протяжении 1960-1990 годов так и остались на стадии концептуальной проработки и красивых рисунков. Причиной сворачивания работ, кроме понятной технической сложности, стала антиядерная истерия, усиленная нагнетаемая среди человечества. Как и любая истерия, никаких доводов разума она не приемлет и никакого полезного для развития человечества результата обеспечить не в состоянии.
В результате единственная доступная на сегодняшний день человечеству технология полётов в дальний космос до сих пор остаётся под запретом, формально основывающемся на Московском договоре, запрещающем производить любые ядерные взрывы в космическом пространстве.
При выходе России из Московского договора, кроме обеспечения национальной безопасности, открываются возможности для реального создания импульсно-ядерных космических кораблей, способных на первом этапе обеспечить освоение Солнечной системы в пределах Главного пояса астероидов.
Для первого испытания принципа ядерно-импульсного движения возможно использовать сборку из нескольких одноразовых ядерно-импульсных двигателей (ЯИД), поставленных друг на друга.
Модуль ЯИД представляет собой цилиндр с параболической крышкой и открытой другой стороной. Внутреннее пространство модуля заполняется инертным рабочим телом, испаряющимся при подрыве маломощного, до 2 килотонн (в габарите 152/155 мм артиллерийского снаряда) ядерного устройства. Со стороны открытой части корпуса-отражателя рабочее тело имеет параболическую выемку, для последовательной установки модулей друг на друга "впритык", обеспечивающей передачу импульса конструкции корабля-демонстратора по всей площади соприкосновения модулей ЯИД друг с другом.
Для первых демонстраторов хватит сборки из двух-трёх модулей ЯИД, приводимых в движение ядерными устройствами мощностью не более ста тонн ТНТ каждый. Такую конструкцию, внешними габаритами и массой базового модуля космической станции "Мир" на НОО способны за один пуск вывести "Протон" или "Ангара-5".
Физическое профилирование рабочего тела - использование разного по плотности вещества и послойная его укладка в корпусе-отражателе ЯИД позволит обеспечить направленный выброс как продуктов ядерного взрыва, так и продуктов испарения рабочего тела в нужную сторону.
Даже такой корабль-демонстратор может достичь скорости 20-25 километров в секунду. Понятно, ускорения при взрывном разгоне такого демонстратора будут достигать сотен G и это будет сугубо автоматический космический корабль.