Бездонное небо и звезды всегда манили человечество своими тайнами. И когда люди получили знание, что наша Земля это всего лишь песчинка во Вселенной, появились первые проекты по путешествиям в пространство за пределы нашей планеты. Там уж мы устроены!
Все началось с романов писателей-фантастов. В 1865 году французский писатель Жюль Верн описал проект ракеты для полёта на Луну в своём романе «С Земли на Луну прямым путём за 97 часов 20 минут». А в 1927 году наш земляк Константин Эдуардович Циолковский разработал схему ракеты для полёта в космос.
Макет ракеты Циолковского для межпланетных путешествий, сделанный по его описанию, я видел в Мемориальном музее космонавтики в Москве на ВДНХ.
Ракета предлагалась как средство доставки людей и грузов сначала на околоземные космические города (станции), а далее эти "эфирные поселения" Циолковский предлагал строить уже в самой солнечной системе. Вы прекрасно знаете, что сегодня часть этих замыслов уже реализована землянами.
Принципы построения двигателей для космических полетов
Для начала и продолжения любого движения в соответствии с Третьим законом Ньютона (сила действия равна силе противодействия) нужно от чего-то отталкиваться. В космосе нет окружающей среды, от которой можно было бы эффективно отталкиваться. Значит нужно использовать принцип реактивного движения, когда отталкивание и, следовательно, движение выполняется от выбрасываемого в нужном направлении вещества или его частиц.
В традиционном реактивном двигателе из его сопел выбрасывается раскаленный газ, как продукт реакции топлива и окислителя при горении. Эта плазма, которая может образовываться как из твердого, так и из жидкого топлива.
В 1903 году Циолковский впервые предположил использование жидкого водорода и жидкого кислорода в качестве топлива для космических ракет. Свою ракету он также снабдил эти видом двигателя. Первый работающий жидкостный ракетный двигатель создал в 1926 году американский физик Роберт Годдард.
В 1957 году советский учёный Валентин Глушко создал мощнейший на тот момент жидкостный ракетный двигатель РД-107, который использовался на ракетах-носителях, выводивших в космос первый искусственный спутник Земли и первого человека Юрия Гагарина.
Для полета в "ближний космос" используются химические реактивные двигатели, благодаря которым удалось слетать к Луне, а также отправить космические аппараты к дальним пределам Солнечной системы. Однако для регулярных полетов в Солнечной системе, не говоря уже про дальний космос, эти двигатели непригодны - слишком много требуется топлива, и масса топлива вступает в противоречия с требующимся ускорением ракеты.
Следующий этап построения космических двигателей
Это двигатели на ядерной энергии. Для нагрева и разгона газа в них используется ядерная реакция с выделением тепла. Энергия, выделяемая при радиоактивном распаде тяжелых ядер нагревает рабочее тело - газ, который выбрасывается из сопел двигателя. При этом объем топлива значительно меньше, чем на химических двигателях.Однако и тяга таких двигателей меньше.
Пока эти двигатели используются в ограниченным количестве только для космических зонтов, которые могут летать долго, например американский Voyager. Работы по созданию космических двигателей с ядерной силовой установкой продолжаются сегодня как в России, так и в США.
Разрабатываются еще так так. наз. ионные двигатели. В них электростатическое поле ионизирует газ, разгоняя полученные ионы до очень высоких скоростей. Направленный поток ионов формируется магнитным полем. Из сопла ионного двигателя тихо, но с огромной скоростью вылетает холодная плазма.
Ионный двигатель, например, используется в качестве основного на дальнем зонде Dawn, для исследования пояса астероидов в нашей Солнечной системе.
Обычно ионные двигатели используют в качестве двигателей коррекции и ориентации для поддержания орбиты спутников Земли, а также космических станций.
Фотонные двигатели на антивеществе - почти фантастика
Расчеты и практические эксперименты пока с отдельными античастицами доказывают, что встречаясь с частицами обычной материи они аннигилируют (взрываются), высвобождая колоссальную энергию в широком спектре, в том числе и в световом диапазоне. Про антивещество можно прочитать мою прошлую статью здесь.
Двигатель на антивеществе будет включать три основных части: Электромагнитная камера для хранения антивещества. Система подачи частиц и античастиц для управляемой аннигиляции. Электромагнитное сопло для выброса энергии в нужном направлении.
Как строить фотонные двигатели теоретически известно, но прежде придется решить целый ряд проблем, которые сегодня выглядят неподъемными. Главная из них - пока удается получить не антивещество, а только отдельные его частицы, например антипротоны и при огромных затратах.
Другими словами, пока это научная фантастика, над которой работают ученые для реализации в нашей жизни. На таких двигателях уже можно будет летать и в пределах и за пределами нашей Солнечной системы.
Пространственно-временные двигатели - еще фантастика
Наверняка, вы слышали, читали или смотрели фантастические фильмы, где звездолеты совершают гигантские прыжки в пространстве со скоростями больше скорости света.
Известно и доказано физиками, что никакое материальное тело не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света (в вакууме это примерно 300 000 км в секунду).
Однако с такими "двигателями" не предполагается "ломится" через пространство напрямую. Принцип заключается в том, что пространство локально изменяется - сжимается или "прокалывается" звездолетом вместе с его обитателями.
В Общей теории относительности сказано, что гравитация является аспектом пространства-времени. При сильном увеличении гравитационного поля (эквивалентно массе тела объекта) искажается пространство в окрестностях этого объекта.
"Двигатель" такого звездолета должен создавать направленное гравитационное поле огромной мощности, которое "сминает" пространство перед собой, перенося звездолет в заданную точку. Но для этого нужна колоссальная космическая энергия, здесь не поможет даже энергия антивещества!
Сегодня это фантастика, а завтра возможно и реальность. Может быть, человечество и доживет до чего-то подобного, а, может быть, ему в этом кто-нибудь и поможет...
С Днем космонавтики, дорогие читатели! И летайте звездолетами Аэрофлота!
Актуальные реальные новости на космическую тематику можно увидеть здесь.