Борис Ляпунов - Открытие мира (Издание второе, переработанное и дополненное)
Тепло надо использовать так, чтобы газ вытекал через сопло с наивысшей возможной скоростью. При этом двигатель не должен перегреваться. Вот две задачи, которые необходимо решить конструктору атомной ракеты.
Решение может быть таким. Тепло испаряет жидкость, образующийся пар расширяется и устремляется наружу. Из камеры газовый поток вытекает со скоростью в три, пять, шесть раз большей, чем удается достичь сейчас. Путь простой и логичный и, как полагают, пока что единственный.
В качестве рабочей жидкости может быть применен водород. Он хорошо поглощает тепло. Пройдя через атомный реактор, жидкий водород быстро испаряется, нагревается и покидает двигатель. Можно использовать как теплоноситель и воду.
По-видимому, в ракетах будут применяться различные типы ядерных реакторов.
Мы хотели избавиться от необходимости иметь в ракете колоссальный запас топлива. Но если прикинуть, сколько водорода понадобится атомной ракете, цифра получается весьма солидная: несколько сотен тонн! Уменьшить это количество, найти более удобную рабочую жидкость — дело будущего.
Едва ли не сложнее борьба с теплом, которого слишком много выделяется при атомном распаде.
Ибо, хотя и можно управлять выделением энергии, регулируя доступ к атомам урана тех частичек, которые проникают в атомное ядро и разлагают его, все же температура при атомном распаде будет чрезвычайно велика.
Из чего построить двигатель? Какой сплав выдержит столь высокий нагрев? На этот вопрос еще не может ответить современный металлург.
Теплотехник подскажет выход. Надо сделать стенки камеры из пористого материала. Множество мельчайших трубочек-капилляров пронизывает такой материал. Их общая длина огромна, огромной получается и площадь стенок, омываемых горячим водородом. Поэтому лучше, быстрее отводится тепло, не возникает опасная температура. Пропустив водород через такие соты, можно нагреть его до нужной температуры без риска расплавить двигатель.
Борьба с нагревом — важнейшая проблема транспортной атомной техники. Может быть, найдут способы превращения тепла, попадающего на стенки двигателя, в электромагнитную энергию, с тем чтобы таким образом добиться эффективного охлаждения.
Вероятно, техника будущего отыщет и другие пути борьбы с нагревом.
К двум задачам конструктора атомной ракеты надо добавить еще третью — защиту от вредных радиоактивных излучений при атомном распаде путем применения специальных экранов. Думают даже, что при взлете и посадке атомного корабля придется пользоваться обычными ракетными двигателями, а атомные включать лишь в стратосфере — тогда радиоактивная струя не будет опасна находящимся на Земле.
Для разгона межпланетной ракеты принципиально возможно применить не только ракетные, но и воздушно-реактивные двигатели, в которых для сгорания горючего используется кислород окружающего воздуха. Здесь пригодится опыт авиационной техники, успешно применяющей такие двигатели для полетов с большими скоростями.
Надо заметить, что атомная энергия открывает широкие перспективы и для скоростной авиации. Атомные двигатели дадут возможность создавать самолеты, пролетающие огромные расстояния за очень небольшое время.
Как будет устроена атомная ракета, ответ даст будущее. Все, что о ней здесь сказано, — лишь первые, предварительные соображения. Но за рубежом уже появляются первые проекты ракетных кораблей с атомными двигателями. Расчеты говорят, что можно было бы построить подобную ракету, однако весить она будет во много раз больше, чем самая большая современная ракета. Практика покажет, удастся ли осуществить постройку гигантского атомно-водородного (или не водородного, а какого-нибудь другого) атомного ракетного корабля.
Возможны способы создания направленного потока частиц большой скорости, например путем разгона ионов электрическими полями.
В мире мельчайших частиц, из которых состоит вещество, царят самые большие скорости. Почти до скорости света разгоняем мы заряженные частицы в наших ускорителях. Порции света — фотоны — несутся с предельно возможной в природе скоростью — триста тысяч километров в секунду.
Физика атомного ядра открывает перед техникой такие возможности, значение которых трудно сразу оценить.
Со скоростью двадцати тысяч километров в секунду двигаются частицы при атомном распаде. Правда, осколки взорванного атома несутся беспорядочно во все стороны. Но ведь научились же мы создавать поток электронов, скорость которого доходит до многих тысяч километров в секунду. И не только создавать, но и управлять им. В электронных приборах, таких, как электронно-лучевая трубка (вспомним, например, телевизор), мы собираем электроны в пучок, ускоряем их движение, уменьшаем или увеличиваем плотность потока, поворачиваем его. В нашей власти повелевать и другими быстрыми частицами, соперничающими в скорости со светом.
Мы можем управлять потоком газовых частиц при взрыве. Обычно они разлетаются в разные стороны, но если в заряде взрывчатого вещества сделана выемка определенной формы, то струя газа вылетит в одном направлении и при этом в десятки раз быстрее, чем обычно. Направленный взрыв позволяет перебрасывать грунт в точно назначенное место, помогая строить водохранилища и плотины, обнажать пласты угля или залежи руды под землей.
И если со временем в нашей власти окажется и такое управление взрывом атома, которое даст нам направленный поток «осколков» атомного распада, то, избавившись от посредника — жидкого теплоносителя, мы добьемся чрезвычайно высоких скоростей истечения, а с ними и гигантских скоростей самой ракеты.
Последние годы ознаменованы новыми успехами в изучении строения вещества. Открыты «античастицы» — с противоположным зарядом или направлением вращения: антипротон, антинейтрон, позитрон. Иначе говоря, существуют два одинаково построенных, но противоположных, разных вещества! Как огонь и вода, как плюс и минус, они «терпеть» не могут друг друга: соединяясь, уничтожаются, но не исчезают, разумеется, бесследно, а переходят в энергию, в частицы света — фотоны. «Реактор», где соединяются вещество и антивещество, где получается мощный поток фотонов, — таков двигатель фотонной ракеты — разумеется, детища XXI, а может быть и XXII века.
Могла бы струя заряженных частиц или фотонов двигать ракету? Может ли быть построена электронная, ионная, протонная, фотонная ракета? Теоретически — да. Практически — пока еще нет. Но это «нет» не означает невозможность решения подобной проблемы в будущем. Ведь и само разложение атома сравнительно недавно казалось утопией, как и превращение элементов, как и возможность полетов вне Земли.
АВТОМАТЫ НА РАКЕТЕ
…С Земли уже давно не видно взлетевшей ракеты — она скрылась из виду, растворилась в ночной темноте. В почти космической пустоте, глотая пространство, с огромной скоростью несется стальная сигара. Теперь о ней говорит только зубчик на экране локатора да светящаяся линия на темном фоне неба, словно прочерченная невидимой рукой. Яркий след упрямо тянется кверху и вдруг изгибается, поворачиваясь все круче и круче. Это рули, обжигаемые огненным дыханием двигателя, повинуясь чьему-то приказу, вывели снаряд на новый курс. Когда исчезла горячая газовая струя, рули не сразу остыли и тоненькой черточкой светятся во мраке ночи.
Кто же повернул рули? Ведь в ракете нет пилота!
Как сохранить взятый курс, когда ракета предоставлена самой себе? Всего нельзя предусмотреть — легкие колебания тяги, сильные порывы ветра в атмосфере и другие случайные причины могут столкнуть ракету с намеченного пути. Надо все время поправлять ее. За этим следит автопилот, заменивший человека.
Важнейшая часть автопилота — быстро вращающийся волчок.
Волчок не зря называют упрямым. Когда он вертится, ось его всегда сохраняет определенное положение в пространстве. Более бдительного, более верного стража трудно найти. Стоит, например, самолету чуть качнуться, уступая силе ветра, волчок тут как тут. Его ось невозмутимо остается на месте, но рамка прибора, соединенная с корпусом самолета, сдвигается. Этого достаточно, чтобы появился тревожный сигнал. И вот уже идет приказ моторчикам рулей: повернуть их так, чтобы машина вернулась обратно, на прежний курс! Так автопилот ведет машину вместо летчика.
Два волчка кружатся в приборном отсеке ракеты. Их обязанность — наблюдать за отклонением ее корпуса в ту или другую сторону, и то, чего не замечает один, обязательно заметит другой. Заметил — и рамкой замкнул контакты в электрической цепи. Возник ток, слабый, почти незаметный, бессильный что-нибудь сделать. Тогда на помощь приходит усилитель тока. Сигнал усиливается во много раз. Теперь у него хватает силы включить моторчик, отклоняющий руль. Руль делает свое дело — ракета возвращается на правильный путь, и тревожный сигнал замирает. Все это совершается очень быстро, не дает ракете сильно уклониться от верного курса.
