Техника - молодёжи 1980-07, страница 42

С современной точки зрения, оптимальной представляется конструкция корабля, где двигательные установки смонтированы на коромысле, вынесенном вперед. К центру этого коромысла, в ♦ мертвом пространстве», куда не достают реактивные струи от рефлекторов, будут подвешены пассажирская и грузовая части корабля. Такая конструкция предъявляет менее жесткие требования к прочности корпуса корабля, тем более что есть теоретические основания предполагать: в будущем появятся материалы почти с неисчерпаемыми возможностями работы на растяжение.

Оценим развиваемую кораблем мощность при условии, что ускорение его при наборе скорости будет равно земному и разгон будет длиться четыре месяца. На крейсерском полете искусственное тяготение может создаваться за счет вращения корабля — для этого достаточно одного оборота за 3,5 мин., разумеется, если к тому времени люди не научатся создавать гравитационные поля.

За первую неделю разгона корабль израсходует 400 млн. т вещества. Средняя мощность, развиваемая в течение этого времени двигателями корабля, будет равна 3 -10¹⁶ кВт. Это в 520 раз больше, чем мощность поступающего к поверхности Земли (с учетом альбедо) солнечного излучения.

ОБ ОДНОМ НЕРЕАЛЬНОМ ПРОЕКТЕ

В литературе высказывалась идея о возможности создания ракеты, которая получала бы энергоноситель— водород непосредственно из космической среды, * профильтровывая» ее в процессе полета. Расчеты показывают, что эта идея несостоятельна.

По современным данным, межзвездный газ состоит на 90% из водорода и на 10% из гелия (других газов меньше 1%). Он в основном ионизирован и, как правило, сосредоточен в диффузных туманностях. Общая его масса значительно меньше сотой доли массы Галактики. Средняя концентрация (плотность) газа составляет порядка 10~²⁴ г/см³ (одна или несколько частиц на 1 см³). В диффузных туманностях его плотность доходит до 10-²² г/см³. Если допустить, что площадь улавливающих фильтров ракеты равна 100 км ², то при скорости в 100 тыс. км/с ракета * процедит» объем пространства в 10²¹ см³. Сделав несложные вычисления, приходим к выводу, что даже в диффузной туманности невозможно за секунду выловить вещества более 0,1 г. Еще меньше шансов «питаться» межзвездной пылью, поскольку средняя

ее концентрация на два порядка меньше, чем концентрация газа.

Чтобы понять, насколько иллюзорны надежды на межзвездный газ, вспомним о среднем секундном расходе вещества нашей фотонной ракетой в первую неделю полета — 670 т! Даже ракета с массой всего в 1 млн. т (а видимо, меньше не будут запускаться в межзвездный космос) израсходует в секунду 67 кг.

ОТ ФОТОННОГО КОРАБЛЯ К ГРАВИТАЦИОННОЙ КАТАПУЛЬТЕ

Маневренность фотонного космического корабля рассмотренного типа очень невелика, и потому он не может использоваться в разведывательно-исследовательских полетах. Для того чтобы погасить свою скорость, ему нужно пройти расстояние в одну десятую часть светового года, то есть расстояние, в 7 тыс. раз превышающее расстояние от Земли до Солнца. Радиус минимального закругления его траектории тоже порядка одной десятой светового года. В связи с этим представляют интерес межзвездные фотонные корабли, могущие двигаться с большими ускорениями. Такие корабли в принципе возможны в случае, если удастся защитить экипаж от перегрузок за счет их компенсации локальными (внутренними) гравитационными полями или каким-либо иным путем (замораживанием, помещением в раствор и пр.).

Рассмотрим энергетические параметры корабля, набирающего крейсерскую скорость (10⁵ км/с) и, соответственно, гасящего эту скорость за неделю. Опять же исходим из стартовой массы в 10 млрд. т.

Ускорение корабля составит 1,7-• 10² м/с², расход вещества на энергетические цели — 10 тыс. т/с, мощность в начале полета — 5-10¹⁷ кВт. Эта мощность в 8,4*10³ раз превосходит мощность поступающего на Землю солнечного излучения.

Космическим кораблям такого типа присуще одно драматическое противоречие : сокращение времени разгона влечет за собою возрастание необходимой мощности и увеличение нагрузок на конструктивные элементы. Последние приходится усиливать, а это, в свою очередь, приводит к увеличению массы корабля, а следовательно, и мощности двигателей.

Выйти из порочного круга поможет гравитационная катапульта — гипотетическое устройство для запуска межзвездных кораблей. Она, видимо, появится, когда наука и техника справятся с проблемой создания искусственных гравитационных полей. Хотя для уровня техники нашего времени такая катапульта выглядит фантастичной вдвойне,

но принципиальных запретов на ее создание нет.

С помощью катапульты корабль почти мгновенно ускоряется мощным локальным искусственным гравитационным полем. В крейсерском полете такой корабль расходует энергию лишь на корректировку траектории. На финише он улавливается тоже гравитационной катапультой, почти мгновенно гасящей его скорость. При сохранении величины полезного груза общая масса такого корабля может быть (за счет отказа от больших запасов топлива) уменьшена в несколько раз. Далее, поскольку ускоряющее и тормозящее гравитационные поля равномерно действуют на все части корабля (ведь эти поля всепроникающие), то в его корпусе не возникает напряжений, и потому снижаются требования к его жесткости. Это позволяет дополнительно облегчить корабль, а следовательно, и снизить общий расход энергии.

Исходные данные проекта: длина катапульты (своеобразный «колодец» в планетном теле) — 100 км; конечная скорость корабля при выходе из катапульты — 10⁵км/с; время ускорения — 5 10—³ с; КПД превращения некоторого вида энергии в энергию гравитационного поля и его реализации в энергию движения корабля — 0,2; масса корабля — 1 млрд. т.

Средняя мощность, развиваемая катапультой в процессе ускорения, будет равна 10²⁵ кВт, то есть больше чем в 20 раз превосходит мощность излечения нашего светила.

Одной из проблем, возникающих на пути мысленной реализации катапультирования космических кораблей, является проблема опоры. Достаточно сказать, что длящееся 5 10 ³ с давление (сила реакции) на опору всего лишь в тридцать раз уступает «весу» Луны.

Если распределить давление на площадь в 1 км², то на каждый квадратный сантиметр придется давление в 1 млн. т (1 млрд. атм). При этом катапульта просто провалится в недра планеты с легкостью, с какою игла входит в вату. Если распределить силу реакции на площадь в 100 км² и одновременно снизить вес корабля до 1 млн. т, то давление снизится до 2,3 тыс. атм. Это тоже выше того, что могут выдержать скальные породы. И лишь корабль в сотни тонн можно будет катапультировать без разрушения опоры. Но и в этом случае никакой из известных в настоящее время конструкционных материалов не способен выдержать нагрузки, испытываемые самой катапультой. Итак, практическая реализация проекта гравитационной катапульты органично связана с созданием конструкционных материалов, в миллиарды раз прочнее современных.

39