Михаил Васильев - Репортаж из XXI века
Первый советский жидкостный ракетный двигатель 1930 года рождения имел тягу в 20 килограммов. Не прошло и трех десятков лет, как в нашей стране родились ракетные двигательные установки с максимальной суммарной полезной мощностью в 20 миллионов лошадиных сил. Всего через несколько лет наверняка будут летать ракеты, суммарная мощность двигателей которых на одном борту будет достигать нескольких сот миллионов лошадиных сил. И можно не сомневаться, что еще до конца нашего столетия будут построены ракетные лайнеры с мощностью двигательных установок на борту свыше миллиарда лошадиных сил. Вот они, ближайшие перспективы жидкостного ракетного двигателя!
В литературе встречаются соображения о том, что жидкостный ракетный двигатель не позволяет осуществить глубокую разведку межпланетного пространства, не сможет донести земных астронавтов до Юпитера и Сатурна, Урана и Нептуна, что только создание новых типов ракетного двигателя позволит человечеству осуществить эти полеты.
Да, скорости полета, измеряемые десятками километров в секунду, о которых мы сегодня говорим с великим уважением и которые могут быть достигнуты с помощью жидкостных ракетных двигателей, действительно маловаты, если учесть колоссальные расстояния, разделяющие планеты нашей системы. И поэтому межпланетные полеты с такими скоростями будут занимать не дни и недели, а месяцы и годы… Но, мы уже вспоминали, ведь и кругосветное плаванье даже в конце прошлого века занимало годы. Так это в пределах нашей планеты, а здесь речь идет о солнечной системе! Можно будет на первых порах согласиться и на такую продолжительность межпланетных путешествий! Если можно было годы тратить на первые кругосветные путешествия, то почему не потратить несколько лет на путешествие межпланетное?!
Конечно, все развивается, и, когда пройдет некоторое время, будут созданы более эффективные двигатели для полета в космос и ракеты с жидкостными реактивными двигателями, развивающие скорость полета в несколько десятков километров в секунду, окажутся устаревшими тихоходами.
Когда обсуждают вопрос о двигателе, который придет на смену жидкостной ракете, в первую очередь называют атомную ракету. В печати многих стран опубликованы проекты целого ряда атомных ракетных двигателей. При создании таких двигателей необходимо учесть опасность для обслуживающего персонала, космонавтов и населения. Ведь все известные нам сегодня ядерные процессы — как распада, так и синтеза — сопровождаются радиоактивным излучением. В то же время в связи с большой потребной мощностью атомных ракетных двигателей мощность их реакторов существенно превышает значения, предусматриваемые для самых мощных атомных электростанций. Если потребная тепловая мощность атомного реактора ракетного двигателя измеряется многими миллионами киловатт, то мощность всех видов излучения этого реактора представляет серьезную биологическую опасность, разрушающе действует на полупроводниковую аппаратуру, вызывает нагревание металла конструкции и содержимого баков ракеты. От проникающего излучения не просто заслониться: требуется громоздкая и тяжелая броня для экранирования и двигателя, и электронной аппаратуры, и кабины с космонавтами. Атомные, или как их еще называют, ядерные, двигатели всех предложенных сегодня типов опасны даже при их нормальной эксплуатации и с точки зрения длительного радиоактивного заражения как стартовой, так и посадочной площадок, а также атмосферы. Аварии же ракет с атомными двигателями по последствиям могут быть более тяжелыми, чем с ЖРД.
Атомные ракетные двигатели эффективнее ЖРД только в случае применения в качестве рабочего тела жидкого водорода, отличающегося наибольшей трудностью эксплуатации. Атомные ракетные двигатели в 5—10 раз тяжелее жидкостных ракетных двигателей при одинаково развиваемой тяге и отличаются значительной сложностью эксплуатации, особенно при запуске и при остановке. Использование ядерного горючего делает атомные двигатели наиболее дорогими. Особенно большие затраты требуются при их отработке.
Следовательно, ядерным двигателям после их создания предстоит работать только вне планет и их атмосферы, то есть в космическом пространстве. Взлет с планет и их спутников, лишенных атмосферы, можно производить лишь с помощью жидкостных ракетных двигателей.
Можно представить себе такую схему ракеты, в которой первые ступени снабжены жидкостными ракетными двигателями, а последующие — ядерными. Последние включаются лишь в достаточно разреженных слоях атмосферы и выводят космический корабль на орбиту. При этом должно быть исключено падение отработавшей ступени ракеты с ядерными двигателями на Землю во избежание ее заражения. Последующий разгон ракеты в космическом пространстве, маневрирование могут также осуществляться с помощью ядерных двигателей. Но если задачей является посещение небесных тел, то для обеспечения посадки на них в случае отсутствия атмосферы и взлета при возвращении ракета должна быть снабжена дополнительными ступенями с жидкостными ракетными двигателями.
По-видимому, использование ядерных двигателей в ракетной технике возможно лишь в разумном сочетании с жидкостными ракетными двигателями.
Все это относится к атомным ракетам известных сегодня схем. Но физика элементарных частиц далеко не сказала своего последнего слова. Вполне возможно, что будут открыты новые, ныне неведомые виды ядерных превращений, пригодные для использования в двигателях, не требующие температуры в сотни миллионов градусов, не сопровождающиеся потоками губительного проникающего излучения. Или физики найдут радикальные способы борьбы с недостатками известных нам ядерных процессов. Тогда появятся принципиально отличные от известных схемы атомных ракетных двигателей. Быть может, такие двигатели и смогут конкурировать и заменить жидкостные двигатели ракеты во всех стадиях ее полета. Но пока сегодня — все это в области отдаленных предположений.
В качестве перспективных рассматриваются также электрические ракетные двигатели. Это принципиально отличный тип реактивного двигателя. Среди известных ионных, электротермических и магнитогидродинамических схем этих двигателей наибольшую перспективу имеют те, в которых истекающие частицы рабочего тела, создающие тягу, приобретают огромные скорости не за счет крайне высоких температур, как в некоторых схемах ядерных двигателей, а за счет ускорения в электрических и электромагнитных полях.
Эти двигатели обладают рядом важных особенностей. Прежде всего их удельная тяга в десятки раз больше, чем у жидкостных или у ныне разрабатываемых ядерных ракетных двигателей, а полная тяга — в тысячи раз меньше. Наиболее перспективные электроракетные двигатели могут работать только в пустоте.
В итоге характерными особенностями электроракетных двигателей является пригодность их для использования лишь после того, как ракета выведена за атмосферу и приобрела первую космическую скорость с помощью других двигателей и можно довольствоваться ускорениями полета, составляющими тысячные доли земного. Не годятся эти двигатели из-за малости развиваемой ими тяги и для посадки на небесные тела. Для того чтобы ракета со столь малым ускорением могла достичь больших скоростей полета, длительность непрерывной работы электроракетных двигателей должна измеряться месяцами. Однако весьма высокая удельная тяга позволяет сообщать ракете очень большие скорости при относительно малом расходе рабочего тела, несомого в баках ракеты.
Уязвимым местом электроракетных двигателей является большой вес источников электрической энергии. Конечно, речь идет не о свинцовых аккумуляторах. Таким источником энергии может быть, например, ядерная установка. Мощность используемого реактора относительно невелика, если сравнивать с ядерным двигателем, и защита от радиоактивного излучения представит меньшие трудности, учитывая необходимость защиты кабины космонавтов от космического и солнечного корпускулярного излучения при длительных межпланетных полетах.
В качестве источника электроэнергии может служить и гелиоэлектростанция, использующая энергию солнечных лучей. В этом случае космический корабль окажется окруженным или сверкающими дисками зеркал, или шоколадного цвета, похожими на странные паруса, плоскостями полупроводниковых батарей, в которых будет осуществляться превращение лучистой энергии в электрическую. Такие «космические парусники» в какой-то мере будут напоминать парусники, бороздившие в свое время моря и океаны земного шара. И те и другие получают энергию для своего движения из окружающей среды. Но «космические парусники» окажутся в лучшем положении, чем бригантины и бриги прошлых веков. Не зря существует поговорка: «Жди у моря погоды». Ветер был непостоянен и изменчив. Иное дело космический ветер — солнечные лучи. Они всегда непрерывным мощным потоком пронизывают околосолнечное пространство. По-видимому, назначением электрореактивных двигателей, как это мы можем представить сегодня, является обеспечение разгона и торможения ракеты в космическом пространстве, то есть область их применения еще более ограничена, чем у ядерных двигателей. Но применение электроракетных двигателей позволит поднять скорость межпланетных рейсов до сотен километров в секунду, тем самым резко сократив длительность полета к другим планетам. Пространства солнечной системы, которые кажутся нам сейчас необозримыми, как людям первой эпохи великих открытий казалась необозримой Земля, перестанут поражать, как нас уже не поражает величина родной планеты. Но с Земли в космос сквозь плотное гравитационное поле и воздушный океан электрический двигатель и его электростанцию должна будет вынести ракета с жидкостным реактивным двигателем.
