Юный техник 1994-12, страница 24
Существующие ракетные двигатели: а — химический; б — ядерный; в — электрический с ядерной силовой установкой. 1 — топливо; 2 — окислитель; 3 — рабочее тело (жидкий водород); 4 — ядерный реактор; 5 — каналы для рабочего тела; 6 — ядерный реактор; 7 — высокотемпературный охладитель (теплооб-менник-излучатель); 8 — низкотемпературный охладитель (теплообменник-излучатель) и преобразователь энергии (энергогенера^ор); 9 — электрические ракетные движители (плазменные или ионные); 10 — полезный груз (научная аппаратура и экипаж). Такие охладители называются теплообменниками-излучателями, и при больших мощностях охлаждаемого ими реактора, например, более 100 мегаватт, их вес превышает 200 тонн и нелинейно возрастает с ростом мощности, опережая вес всей энергоустановки. Так что уже для двигателя весом в десятки тонн нужны охладители весом в сотни тонн. Тоже не выход. И все-таки выход есть: существует техническое средство, позволяющее значительно повысить удельное содержание энергии на единицу веса двигателя. Это сверхпроводящие соленоиды. В США еще в середине 80-х годов был создан соленоид, в котором удельная запасенная энергия на единицу веса сверхпроводящей обмотки на два порядка больше, чем у ракеты с двигателем на химическом топливе. Сверхпроводящие соленоиды 22 обладают очень ценным свойством: увеличение запасенной ими энергии происходит быстрее, чем рост веса. Это дает принципиальную возможность в соленоиде с весом обмотки 100 тонн запасти свыше квантильона (1015) джоулей энергии. Весь соленоид при этом будет весить около 1000 тонн. Этого вполне хватило бы на полет хоть к Венере, хоть к Марсу, хоть к спутникам Юпитера — туда и обратно. При полетах на другие планеты с ныне существующими двигателями необходимо для возвращения на Землю брать с собой дополнительные запасы ускоряемого рабочего тела или химического топлива. Ни того, ни другого не нужно, если рабочим телом будет газ атмосферы — как земной, так и инопланетной. Для этого надо применить прямоточные реактивные двигатели. Но не те, что используются в авиации, работающие на химическом топливе, а электрические плазменные ускорители. Их основа — два коаксильных электрода, то есть два электрода, выполненных в виде соосных фигур вращения, например, цилиндров, вставленных друг в друга. В зазор между ними вводят ионизованное рабочее тело, на электроды подают напряжение, в плазме возникает радиальный электрический ток, создающий круговое магнитное поле, которое ее ускоряет. Чтобы создать такой ускоритель прямоточным реактивным двигателем, достаточно открыть межэлектродный зазор спереди для втекания в него газов атмосферы и установить по оси электродов источник узконаправленного излучения, например, рентгеновского, иони- 1 зирующего втекающий газ. К электродам прикладывается импульсная разность потенциалов, достаточная для электрического пробоя газа в зазоре, между электродами возникают электрические дуги с радиальными токами, ускоряющими плазму и создающими тягу. Другими электродами над сверхпроводящим соленоидом газ атмосферы импульсами напряжения приводится во вращение, сначала в одну сторону слева от плоскости симметрии двигателя, затем в другую |
