Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
Выходит, что «псевдоракета» может существовать лишь при очень малых тягах. Но нужен ли такой двигатель? В условиях атмосферы, конечно, не нужен — он не сможет обеспечить полет самолета.
Другое дело — на огромных высотах, где воздуха нет, а еще лучше — на таких расстояниях от Земли, где ее притяжение уже почти не сказывается. Вот в таких условиях и длительная малая тяга может оказаться полезной. Что же, в астронавтике и этот случай может иметь место.
Авиацию же может заинтересовать только атомный двигатель большой тяги и мощности. Такие двигатели тоже могут быть созданы. Но в этом случае атомная энергия должна быть неизбежно превращена сначала в энергию тепловую, а уж это тепло будет нагревать рабочее тело двигателя. Так что атомный реактор (или атомный котел, как его еще называют) просто займет место камеры сгорания обычного двигателя. По такой схеме могут быть созданы атомные двигатели турбореактивные, турбовинтовые, прямоточные и другие. Некоторые из этих двигателей, вероятнее всего вначале турбовинтовые, а может быть и турбореактивные, и будут созданы в первую очередь. Над их созданием трудятся многочисленные конструкторские коллективы в разных странах. Например, по данным иностранной печати, в США уже работал первый атомный турбореактивный двигатель и уже летал первый самолет с атомным реактором на борту. Как видно, не за горами и день первого полета первого атомного самолета.
Конечно, подобный самолет будет обладать не одними только достоинствами. Так в технике не бывает. И недостатки атомного самолета будут нешуточными. Главные из них связаны с опасным для человека радиоактивным излучением работающего реактора. Специальная «биологическая» защита от этого излучения в виде экранов и оболочек из разных материалов должна весить десятки тонн. Поэтому атомный самолет должен быть огромной машиной весом не менее 100–150 тонн. Но ведь подобным взлетным весом самолета авиацию уже не удивишь!
Особенно страшной оказывается угроза аварии атомного самолета при посадке. Вредные радиоактивные вещества, накапливающиеся в реакторе при его работе, могут в этом случае рассеяться по большой площади, сделав ее неприступной для людей. Такая катастрофа будет напоминать последствия от взрыва атомной бомбы. Вот почему вряд ли атомные самолеты найдут применение в гражданской авиации, по крайней мере первое время, пока не будет устранена эта ужасная опасность 19*.
Конечно, термоядерный двигатель, если б удалось его создать, имел бы замечательные перспективы применения в авиации. В нем, как известно, должен был бы происходить не цепной процесс распада атома урана или плутония, а процесс синтеза, слияния атомов водорода или его тяжелых изотопов — дейтерия и трития — с образованием атомов гелия или лития. Мало того что при таком процессе выделяется раз в 7-10 больше атомной энергии, чем при распаде атомов. Термоядерный авиационный двигатель мог бы обладать и другими замечательными преимуществами…
Мог бы… Но в настоящее время неясно даже принципиально, можно ли осуществить управляемую термоядерную реакцию, приручить «водородного зверя», как в свое время был приручен «зверь атомный». Ведь в водородной бомбе сначала происходит взрыв обычной атомной бомбы, а потом уже начинает идти термоядерный процесс. Без этого «атомного запала» ничего не выходит — нужны такие температуры и давления, которые только в атомном взрыве и существуют. Не взрывать же атомную бомбу в термоядерном двигателе!..
Но действительно ли только при атомном взрыве существуют необходимые для «поджигания» термоядерной реакции температуры в миллионы градусов?
Исследования в области осуществления управляемых термоядерных реакций, настойчиво ведущиеся в последние годы советскими и зарубежными учеными, позволяют уже сейчас уверенно дать отрицательный ответ на этот решающий вопрос. В проведенных многочисленных опытах удавалось путем совместного воздействия электрического разряда и магнитного поля на разреженный газ превращать этот газ в так называемую плазму с температурой во многие миллионы градусов. И при этом (настоящее чудо!) стенки сосуда с газом вовсе не испарялись — раскаленный плазменный шнур отжимался от них в центр сосуда.
В 1963 году советским ученым удалось в большой степени справиться и с главной трудностью, которая возникает при подобных опытах, — феноменальной неустойчивостью плазменного шнура. Обычно полученную с таким трудом плазму удавалось удерживать вдали от стенок сосуда не более стотысячных долей секунды. Использование магнитной «бутыли» особой формы позволило группе советских ученых во главе с академиком Л. А. Арцимовичем удерживать плазму с температурой 40 миллионов градусов в течение сотых долей секунды 20*. Решающий успех! 21*
Открывают ли эти опыты путь к созданию термоядерного двигателя? Пожалуй, теперь уже можно с уверенностью сказать, что да. И все-таки это только самое начало. Впереди труднейшие препятствия. Мы еще не знаем точно, будет ли термоядерный двигатель установлен на самолетах. Но мы твердо верим в могучую силу науки.
Исчерпывается ли атомными двигателями семейство «экзотических» авиационных двигателей? Вовсе нет. Так, в последнее время стал особенно повышаться интерес к «экзотическим» двигателям другого типа — так называемым электрическим ракетным двигателям. Несмотря на свою молодость, эти двигатели привлекают к себе большое внимание ученых; уже существует много разновидностей подобных двигателей.
Одним из важнейших типов электрических ракетных двигателей являются так называемые ионные двигатели. Главное принципиальное отличие ионных, как, впрочем, и других электрических ракетных двигателей, от обычных заключается в том, что в них совсем по-иному осуществляется истечение рабочего вещества из двигателя. Если из обычных ракетных двигателей газы вытекают наружу, потому что внутри них создается давление намного большее, чем в окружающей атмосфере, то в ионных двигателях такого повышенного давления нет.
Какие же силы заставляют в этом случае частицы газа в реактивной струе с большой скоростью вытекать из двигателя наружу? Зти силы — электрические.
Хорошо известно из курса физики, что одинаково заряженные электрические частицы отталкиваются друг от друга, а противоположно заряженные притягиваются. Это — так называемые электростатические, или кулоновы, силы. Они играют большую роль в технике. В частности, например, на использовании этих сил основаны некоторые виды «ядерной артиллерии», с помощью которой ученые бомбардируют атомные ядра, изучая их строение и действующие внутри ядер силы. Электрические силы воздействуют в этом случае на частицы, имеющие электрический заряд, например отрицательно заряженные электроны или положительно заряженные протоны (ядра атомов водорода) или альфа-частицы (ядра атомов гелия). В результате такого воздействия частицы разгоняются до огромных скоростей, иногда близких к максимально возможной в природе — скорости света в вакууме. Таким образом, эти частицы и превращаются в удобные «снаряды» для атомной бомбардировки.
Мысль использовать электрические силы для реактивных двигателей потому, собственно говоря, и приходит в голову, что с их помощью легко достигнуть больших скоростей истечения, совершенно не достижимых в обычных двигателях.
Но как использовать электрические силы для ускорения молекул газов, вытекающих из двигателя через сопло? Ведь эти молекулы не имеют заряда, они нейтральны, а на такие частицы электрические силы практически не действуют.
Однако нельзя ли сообщить молекулам электрический заряд какого-нибудь знака? Оказывается, можно. И в некоторых случаях достаточно легко. Такой процесс не только известен, но и широко используется в технике. Этот процесс электризации молекул носит название ионизации, и соответственно этому заряженные молекулы называются ионами. Вот почему, в частности, верхние слои земной атмосферы, состоящие в основном из электрически заряженных частиц воздуха, называют ионосферой.
Чтобы ионизировать молекулу, достаточно, например, оторвать от нее один из электронов ее электронной оболочки. Тогда молекула окажется заряженной положительно. Особенно просто это сделать в том случае, если один из электронов на электронной оболочке слабо связан с ядром атома, как это бывает в атомах металлов. Можно дважды, трижды и т. д. ионизировать молекулу, лишая ее электронную оболочку двух, трех и т. д. электронов (как известно, в недрах звезд ядра атомов вовсе лишены электронов).
Вот почему обязательным элементом ионного двигателя является так называемая ионизационная камера, в которой из молекул рождаются ионы. Для этого достаточно, например, пропускать молекулы через раскаленную металлическую сетку; слабо связанные с ядром атома электроны не выдерживают увеличивающихся из-за нагрева колебаний и отрываются от молекулы.
