Артур Кларк - Пески Марса [сборник]
3
— Думаю, я могу предполагать, что вы знакомы с устройством самых простых ракет и понимаете, как они себя ведут в вакууме? — спросил Коллинз с некоторым сомнением.
— Насколько мне известно, — ответил Дирк, — если бросить что-то, имеющее большую массу, с большой скоростью, обязательно будет отдача.
— Отлично. Просто поразительно, как много людей до сих пор считает, что ракете надо «от чего-то оттолкнуться». Именно так они обычно выражаются. Поэтому вы должны понять, что разработчик ракеты всегда пытается выжать максимальную возможную скорость — и даже чуточку больше — из реактивного двигателя, движущего ракету вперед. Из этого с очевидностью следует, что скорость выброса определяет ту скорость, которую наберет ракета.
Старые химические ракеты типа «Фау-два» имели реактивную скорость полтора-два километра в секунду. При таких показателях для того, чтобы донести груз в одну тонну до Луны и обратно, потребовалось бы несколько тысяч тонн топлива, что было непрактично. Всем хотелось добиться, чтобы груз топлива стал невесомым. Атомные реакции, которые в миллионы и больше раз мощнее химических, дали нам такую возможность. Энергия, высвобождаемая несколькими килограммами материи в первых атомных бомбах, могла бы отнести тысячи тонн груза до Луны — и обратно.
Но хотя энергия высвобождалась, никто не знал точно, как использовать ее для реактивного движения. Эта маленькая проблема была решена совсем недавно, и ушло тридцать лет на то, чтобы сконструировать не самые эффективные атомные ракеты, которыми мы обладаем сегодня.
Давайте рассмотрим проблему вот с какой точки зрения. В химической ракете мы получаем тягу за счет сжигания топлива и разгоняя выхлопные газы за счет их прохождения через сопло. Другими словами, мы меняем тепло на скорость — чем горячее наша камера сгорания, тем быстрее ее покинут выхлопные газы. Тот же самый результат мы получим, если вообще не будем сжигать топливо, а разогреем камеру сгорания каким-нибудь внешним источником. Иначе говоря, мы могли бы создать ракету, закачивая любой газ по своему выбору — даже воздух — в нагревающий элемент, а затем давая ему пройти через сопло. Понятно?
— Да, пока все более или менее ясно.
— Очень хорошо. Как вам известно, вы можете получить сколько угодно тепла из массы радиоактивного вещества, при условии, что это вещество будет изготавливаться из достаточно обогащенных материалов. Правда, если вы переусердствуете, эта масса растает и превратится в лужицу жидкого урана со слоем углерода на поверхности. Всякий разумный человек задолго до этого убежит далеко-далеко.
— Вы хотите сказать, что вещество может сработать на манер атомной бомбы?
— Нет, так не получится. Но не поддающаяся управлению атомная печь даже в спокойном состоянии может много чего натворить. Но не надо пугаться — этого не произойдет, если будут приняты самые элементарные меры предосторожности.
Поэтому нам следовало разработать такой атомный реактор, который разогревал бы струю газов до очень высокой температуры — как минимум, до четырех тысяч градусов Цельсия. Поскольку все известные металлы плавятся при гораздо более низких температурах, над этой задачей нам пришлось основательно попотеть!
В итоге мы разработали так называемый линейно-сфокусированный реактор. Его основой служит длинный тонкий плутониевый стержень. С одного конца в реактор закачивается газ и разогревается по мере продвижения по реактору. В результате в самом центре реактора образуется очень сильно нагретый газ, который мы можем сконцентрировать, сфокусировать, отделив его от окружающих элементов. В середине сопла температура газа выше шести тысяч градусов — жарче солнца, — но там, где газ соприкасается со стенками, температура вчетверо ниже.
Я пока не сказал, какой именно газ мы собираемся использовать. Думаю, вы понимаете, что чем легче газ — точнее говоря, чем меньше его молекулярный вес, — тем быстрее он будет двигаться, выходя из сопла. Поскольку водород — самый легкий из всех элементов, он мог бы стать идеальным топливом, в сочетании с гелием. Кстати, мне следовало бы объяснить, что мы до сих пор употребляем слова «топливо» и «горючее», хотя на самом деле уже не сжигаем его, а просто используем в качестве рабочей жидкости.
— Вот это меня как раз и озадачивало, — признался Дирк. — На старых химических ракетах стояли, можно сказать, свои собственные кислородные баллоны, и не совсем понятно, как это может быть, что в нынешних нет ничего подобного.
Коллинз рассмеялся.
— Мы могли бы даже использовать гелий как «горючее», — сказал он, — хотя он вовсе не будет гореть — и вообще не будет принимать участия ни в какой химической реакции.
Однако, хотя водород и является идеальной рабочей жидкостью, для нашей задачи он не годится. В жидком состоянии он вскипает при фантастически низкой температуре, и он настолько легок, что на космическом корабле пришлось бы установить топливные баки размером с газовые цистерны. Поэтому мы берем водород в сочетании с углеродом, в форме жидкого метана — CH4,— с которым гораздо проще управляться и который имеет достаточную плотность. В реакторе он распадается на углерод и водород. Углерод, конечно, мешает, он может засорять рабочие поверхности, но тут уж ничего не поделаешь. Время от времени приходится от него избавляться, отключая главное сопло и промывая двигатель струей кислорода. Получается весьма впечатляющий фейерверк.
Вот это и есть принцип действия двигателей космического корабля. Сила тяги у них втрое выше, чем у любой химической ракеты, но даже при этом все равно приходится брать на борт огромное количество топлива. Есть и еще множество проблем, о которых я не упомянул, и самой сложной из них является защита экипажа корабля от излучения реактора.
«Альфа», верхний компонент «Прометея», весит около трехсот тонн, из которых двести сорок приходится на долю топлива. Если она стартует с околоземной орбиты, топлива ей хватит как раз для того, чтобы добраться до Луны и возвратиться с небольшим его запасом.
Как вы знаете, на орбиту «Альфу» должна доставить «Бета». «Бета» представляет собой очень тяжелый сверхскоростной летательный аппарат, также оснащенный атомными реактивными двигателями, она стартует как реактивный аппарат таранного типа, в котором в качестве «топлива» используется воздух, а на метане начинает работать только тогда, когда покидает верхние слои атмосферы. Как вы понимаете, отсутствие необходимости тратить топливо на первом этапе полета — это грандиозное достижение.
