Борис Ляпунов - Открытие мира
Примерно в два миллиона раз больше энергии, чем при сгорании бензина, выделяется при распаде атомов такого же количества урана. Тепла же получается столько, что для охлаждения работающего уранового котла нужно прогонять целую реку воды.
При термоядерной реакции, превращающей ядра атомов водорода в ядра атомов гелия, когда происходит не распад, а рождение новых атомных ядер, выделяется еще больше энергии — примерно в восемь-десять раз по сравнению со взрывом атомов урана. Ядерные реакции являются неисчерпаемыми источниками энергии.
Если сопоставить теплотворную способность обычных топлив, которые ныне применяются в ракетных двигателях, с ядерным горючим, то разница будет огромной — в десять миллионов раз.
Три — три с половиной тысячи градусов — такова наивысшая температура в камере сгорания современного ракетного двигателя. В куске же урана при расщеплении атомов — десятки миллионов градусов. Фантастическая цифра! Мгновенное испарение ракеты — вот что это значит.
Тепло надо использовать так, чтобы газ вытекал через сопло с наивысшей возможной скоростью. При этом двигатель не должен перегреваться. Вот две задачи, и их необходимо решить конструктору атомной ракеты.
Самое простое решение такое: тепло испаряет жидкость, образующийся пар стремится расшириться и устремляется наружу. Высокая температура и давление делают свое дело. 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 наиболее пригоден водород. Он хорошо поглощает тепло. Пройдя через атомный реактор, жидкий водород быстро испаряется, нагревается и покидает двигатель.
Различные типы ядерных реакторов можно будет, невидимому, использовать в ракетах.
Мы хотели избавиться от необходимости иметь в ракете колоссальный запас топлива. Но если прикинуть, сколько водорода — переносчика тепла — понадобится атомной ракете, цифра получается весьма солидная: несколько сотен тонн! Уменьшить это количество, найти более удобную рабочую жидкость — дело будущего.
Едва ли не более сложна борьба с теплом, которого слишком много выделяется при атомном распаде.
Хотя и можно управлять выделением энергии, регулируя доступ к атомам урана тех частичек, которые проникают в атомное ядро и разлагают его, все же температура будет чрезвычайно велика.
Из чего построить двигатель, какой сплав выдержит столь высокий нагрев — на этот вопрос не может ответить современный металлург.
Теплотехник подскажет выход. Надо устроить стенки из пористого материала, скажет он. Множество мельчайших трубочек-капилляров пронизывают такой материал. Их общая длина огромна, как и площадь стенок, омываемых горячим газом. Они поэтому лучше, быстрее отводят тепло, не нагреваясь до опасной температуры. Пропустив водород через такие соты, можно нагреть его до нужной температуры без риска расплавить двигатель.
Проблема борьбы с нагревом важнейшая для транспортной атомной техники. Может быть, найдут способы превращения в электромагнитную энергию тепла, попадающего на стенки двигателя, чтобы таким образом добиться эффективного охлаждения.
Вероятно, и другие пути борьбы с нагревом найдет техника будущего.
К двум задачам конструктора атомной ракеты надо добавить 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.
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 сравнительно небольшое время.
Как будет устроена атомная ракета, ответ даст будущее. Все, что о ней здесь сказано, еще лишь первые, предварительные соображения. Но уже появляются первые проекты межпланетных ракетных кораблей с атомными двигателями. Расчеты говорят, что можно было бы построить подобную ракету весом в несколько сот тонн. Это во много раз больше, чем весит самая большая современная ракета. Практика покажет, удастся ли осуществить постройку гигантского атомноводородного (или не водородного, а другого) ракетного корабля.
Возможны и другие способы создания направленного потока частиц большой скорости без участия тепла, например путем разгона ионов электрическими полями.
В мире мельчайших частиц, из которых состоит вещество, самые большие скорости. Десятки тысяч километров в секунду делают осколки, вылетающие из радиоактивного атома. Почти до скорости света разгоняем мы заряженные частицы в наших ускорителях. Порции света — фотоны — несутся с предельной возможной в природе скоростью — триста тысяч километров в секунду.
Могла бы струя заряженных частиц или фотонов двигать ракету? Может ли быть построена электронная, ионная, протонная ракета?
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.
РАЗВЕДЧИК БОЛЬШИХ ВЫСОТ
НОВЫЙ РАЗВЕДЧИК АТМОСФЕРЫ
Конструктору будущих самолетов, которые за час пролетят тысячу, две, три, десять тысяч километров, нужно знать, что встретит его корабль в неизведанных высотах стратосферы.
Через атмосферу проходит начальная часть пути в космос. Не преодолев панциря атмосферы, нельзя вырваться в мировое пространство. Поэтому знание ее свойств необходимо и создателям космических кораблей.
Сделать это помогут ученым и конструкторам ракеты, поднимающие приборы на высоту в сотни километров.
…Похоже, что здесь работает экспедиция астрономов, которые готовятся наблюдать солнечное затмение. Телескоп направлен в небо. Перед окуляром телескопа — кинокамера. Сидящий в кресле наблюдатель смотрит во второй телескоп. И вся эта установка, повинуясь управляющему ею оператору, поворачивается, шаря по небу.
А может быть, это физики наблюдают за путешествием радиоволн в атмосфере? Ведь рядом — радиолокационная станция, и на экране локатора заметны отраженные сигналы. Возможно, что ученые следят за полетом метеоров.
Можно подумать и другое: не стараются ли здесь радиотехники поймать сигналы с какой-нибудь неведомой планеты? На приемной станции приборы ведут запись каких-то таинственных сигналов. Когда проявят кинопленку, увидят серию неровных полосок с извилинами и зазубринами, идущими одна за другой. Это чьи-то радиоголоса, пойманные и записанные на пленку. Радиосигналы несутся к нам от Солнца и из глубин вселенной. Не их ли слушают здесь астрономы?
Но нет, не ради Солнца, звезд или метеоров направлены в небо телескопы и радиолокаторы.
Оператор у телескопа держит в поле зрения снаряд, несущийся в стратосферу со скоростью около двух километров в секунду. За ним следит и локатор. Рядом приемная станция ведет запись радиосигналов с ракеты.
Когда расшифруют записи, они расскажут о космических лучах, о давлении и температуре воздуха, о поведении ракеты и ее двигателей. Так люди, не поднимаясь с земли, узнают все подробности полета на сотни километров ввысь.
Горячее дыхание Солнца греет воздух. На высоте около шестидесяти километров примерно семьдесят градусов тепла. Через двадцать километров — опять мороз в полсотню градусов. Здесь плавают серебристые облака, возможно состоящие из ледяных кристалликов. А затем снова теплый пояс, и чем выше, тем он становится жарче. Как показали измерения, сделанные с помощью ракет, на высоте ста двадцати километров температура достигает ста градусов тепла.
На ракетодроме.Подтвердилось и то, что было известно по косвенным данным о давлении воздуха на больших высотах. Манометры показали падение давления по мере подъема: пятьдесят километров — пять десятых миллиметра ртутного столба, семьдесят пять километров — пять сотых, девяносто километров — пять тысячных.
Уже давно известно, что над нами царство вечного холода. Солнце греет Землю, Земля — воздух. Но земная поверхность — не настолько сильная печка, чтобы прогреть на всю толщину газовое одеяние нашей планеты. Опыт летчиков, альпинистов, стратонавтов, метеорологов показывает: чем выше, тем холоднее. Каждый километр подъема дает понижение температуры на шесть градусов. На высоте десяти с небольшим километров мороз достигает шестидесяти градусов. Здесь мы вступаем в стратосферу. Дальше температура не падает. Думали, что так будет и выше, пока где-то, где исчезают последние следы воздуха, не наступит холод мирового пространства.
