Суббота, 2017/12/16, 8:14 AM
Приветствую Вас Гость | RSS
Главная | Каталог статей | Регистрация | Вход
Меню сайта
Категории каталога
Межпланетные полеты [9]
Межзвездные полеты [2]
Наш опрос
Оцените мой сайт

Результаты · Архив опросов

Всего ответов: 46
Главная » Статьи » Межзвездные полеты

Фотонная ракета Бурдакова-Данилова
Фотонная ракета Бурдакова-Данилова

Автор: Хороших А.

Введение

С развитием физики стало ясно, что фотонная ракета Зенгера, как её представляли себе в 60-х годах, неосуществима по ряду причин, о которых будет говориться ниже. В. П. Бурдаков и Данилов Ю. И. в своей книге «Ракеты будущего» попытались обойти эти трудности, в результате появился проект фотонной ракеты, описываемый в этой статье.

Трудности, стоящие на пути создания фотонной ракеты

Первая трудность, стоящая на пути осуществления классической фотонной ракеты, проект которой создал Зенгер, является большая относительная масса ракеты на старте. Для того, чтобы совершить полёт к другой звезде и вернуться обратно, необходимо совершить четыре разгона. Скорость, развиваемую в ходе полёта, можно оценить в 0,9 скорости света, тогда стартовая масса превосходит конечную в 361 раз! Для современных ракет это число порядка 30: для «Сатурна-5» - 3000 тонн/100тонн=30, для «Протона» - 600 тонн/20 тонн=30). Это показывает, насколько будет сложно создать подобную ракету.

Вторая трудность связана с тем, что при реакции аннигиляции рождаются кванты излучения, имеющие очень малую длину волны. При расчётах выясняется, что это будут гамма-кванты. Ещё не существует способа отражать такие кванты.

Наконец, существующие зеркала поглощают большую долю падающей на них энергии, поэтому излучение двигателя просто испарит любое зеркало. Чтобы этого не произошло, пришлось бы увеличивать диаметр зеркала, но тогда оно приобретёт гигантские размеры. Согласно [1], диаметр зеркала звездолёта может быть равным 80.000 км!

Предложения Бурдакова и Данилова

Для того, чтобы решить первую проблему, стоящую на пути создания фотонной ракеты, Бурдаков и Данилов предложили использование внешней среды в качестве топлива. Таким образом, ракета становится прямоточной. Идея заключается в том, что теперь необходимо везти лишь половину горючего, т. е. антивещество, которого нет в пространстве, находится на борту ракеты, а обычное вещество забирается массозаборником из окружающей среды.

Для того, чтобы осуществлять сбор межзвёздного вещества, на 70% состоящего из водорода, необходимо его ионизировать. Для этого предложено направлять вперед поток электромагнитного излучения или электронов. Ионизованный водород собирается магнитным массозаборником. Массозаборник представляет из себя конус диаметром 20 метров и длиной около 25, состоящий из витков сверхпроводника. Современные материалы теряют сверхпроводимость при напряжённости магнитного поля в массозаборнике. Поэтому предлагается использование металлического водорода, или его сплава с лёгким металлом, охлаждаемого жидким гелием.

Решением второй и третьей проблем стала идея использования электронного зеркала. Суть в том, что электронное зеркало можно сделать достаточно плотным, а удержание производить с помощью магнитного поля.

Само электронное зеркало формируется устройствами, аналогичными тем, которые будут создавать ионизирующий луч. Электроны, инжектируемые перпендикулярно магнитной оси, формируют электронный диск. При движении с ускорением электронный диск искривляется и приобретает формулу параболы. Стоит заметить, что именно парабола лучше всего подходит для фотонной ракеты, так как именно это тело вращения формирует поток параллельных лучей, выходящих из одной точки.

По оценкам, сделанным Бурдаковым и Даниловым, длина корабля составит 100 метров, масса от 500 до 1000 тонн. Количество экипажа – от 20 до 50 человек. Сам корабль должен включать в себя Массозаборник и системы инжекции электронов, термоядерный двигатель, системы хранения и подачи антивещества, бортовые системы.

Сам полёт должен проходить следующим образом. Корабль собирается на орбите ИСЗ, после чего включает прямоточный термоядерный двигатель и летит к окраинам Солнечной системы – Нептуну или Плутону. Там он тормозиться и принимает на борт запасы антивещества с завода, где его производят. Сами заряды представляют из себя блоки, состоящие из замороженных антиводорода или антидейтерия, которые подвешиваются в электростатическом поле.

Старт происходит за счёт термоядерного устройства [2]. Корабль разгоняется до 50 км/с. По достижении этой скорости включается прямоточный термоядерный двигатель, для действия которого необходим набегающий поток вещества. При этом вокруг раструба массозаборника возникает свечение, а из сопла истекает реактивная струя фиолетового цвета. Для защиты от микрометеоритов предлагается использование лазеров, испаряющих встречные частицы. Когда корабль наберёт скорость в 200 км/с один из топливных зарядов антивещества электростатическим манипулятором переносится и устанавливается в потоке водорода. Начинается реакция аннигиляции. Одновременно с этим начинается инжекция электронов и формируется электронное зеркало. Тяга двигателя начинает расти.

Сама реакция аннигиляции не будет происходить в одной точке, а растянется на несколько километров, так как процесс аннигиляции при малых энергиях столкновений частица-античастица идёт поэтапно. В следствие этого реактивная струя будет очень похожа на ту, которая возникает при работе ракетного двигателя, т. е. будет иметь своеобразные «перетяжки».

В журнале Техника - молодёжи за № 7 от 2006 года в статье "Межзвёздное путешествие. Аспекты проблем" опубликован несколько иной план экспедиции, отличающийся от первоначального варианта.

В связи с тем, что УТС (Управляемый Термоядерный Синтез) до сих пор не осуществлён, предлагается для первоначального разгона использовать не реактор постоянного действия, а импульсный двигатель. Суть его заключается в следующем: на борту находятся запалы, представляющие из себя ядерные бомбы. С помощью них выполняется разгон до скорости 50 км/с, необходимой для действия массозаборника: взрываясь, они толкают корабль вперёд; дополнительная тяга получается за счёт испарения специального щита, составленного из микрокапсул, состоящих из лёгких элементов. При достижении этой скорости включается массозаборник диаметром 2 млн. км., собирающий водород. Водород ожижается и накачивается в бомбы-запалы. В результате получаются термоядерные водородные бомбы, за счёт которых продолжается разгон до скорости в 10.000 км/с.

При достижении этой скорости в камеру сгорания, через которую проходит поток водорода, поступает т. н. «левитатор» - заряд антивещества, состоящий из замороженных антиводорода и антижелеза. Антиводород участвует в реакции аннигиляции, антижелезо, находящееся в центре заряда, удерживается электромагнитным полем, за счёт чего происходит удержание заряда в центре камеры.

При обтекании рождается реактивная струя из гамма-квантов, электрон-позитронных пар и пионов. Гамма-кванты отражаются от стенок камеры и создают тягу, всё остальное - вылетает за её пределы и реагирует на удалении, создавая поток гамма-квантов, отражаемых от сопла двигателя и электронного зеркала, и нейтрино, уносящих энергию.


1 - протонно-электронный луч, ионизирующий встречный поток межзвездного вещества; 2 - условное изображение магнитных силовых линий; 3 - диск, образованный электронами, эжектируемыми тангенциально с внешней поверхности массозаборника в плоскости перпендикулярной направлению полета;

4 - начальная зона аннигиляции, характерная не только фотонным излучением, но и образованием нейтральных в смысле электрического заряда протн-антипротнных и электрон-позитронных пар, малое время жизни которых (10-10 с). приводит к тому, что здесь же в реакционной камере образуются нейтральные пи0-мезоны (время жизни 10-12 с) и p0-мезоны (время жизни 10-10 с).
При скорости полета звездолета 10 000 км/с упомянутые частицы движутся со скоростями примерно во столько раз большими, во сколько меньше их масса.
Но переместиться они успевают всего на несколько миллиметров, образуя при этом гамма-излучение и электронно-позитронные пары. Здесь же образуются заряженные p± мезоны, время жизни которых 2.6х10-8 с, а скорость составляет около 2х105 км/с, следовательно, они проходят путь тоже не очень большой - не более нескольких метров, образуя µ0-мезоны, нейтрино и антинейтрино; 5 - зона аннигиляции µ0 -мезонов и образования электронно-позитронных пар. Поскольку их время жизни составляет 2.2х10-6 с, а скорость из движения приближается к световой, они успевают переместиться на расстояние порядка 220 м, что и отражено на схеме.
Иное дело, когда звездолет разгонится до скорости 105 км/с. В этом случае расстояние от кромки сопла до зоны их аннигиляции будет существенно больше, так как надо будет учитывать эффекты теории относительности; 6 -зона аннигиляции электронов с позитронами с образованием гамма-квантов заключает процесс разгона реактивной фотонной струи.
Поскольку конечными продуктами аннигиляции являются гамма-кванты и нейтрино (они образуются и на всех промежуточных стадиях), то скорость реактивной струи равна скорости света. Отсюда и название двигателя - прямоточный фотонный двигатель.

В статье [3] также представлена массовая сводка фотонной ракеты будущего:

- обечайка массозаборника-12,0 т.

- игла массозаборника - 4,0 т.

- инжекторы электронов в отражающий диск - 5,0 т.

- ускоритель-ионизатор встречного потока - 20,0 т.

- сопло - 13,0 т.

- антижелезо с системами хранения и подачи - 765,4 т.

- топливные элементы - 50,0 т.

- буферные батареи и аккумуляторы - 10,0 т.

- 15-мегаваттная ядерная установка - 50,0 т.

- обитаемые отсеки - 27,5 т.

- регенераторы воды и воздуха - 5 т.

- хранилища с жидкими газами и водой - 72,0 т.

- оранжереи, фабрика белка - 53,0 т.

- бортовая биологическая защита - 20,0 т.

- системы управления, связи, измерений и индикации - 4,0 т.кабельная сеть - 12,0т.

- система обеспечения теплового режима - 15,0 т.

- вспомогательное оборудование - 20 т.

- узлы крепления отражателя пульсирующего ТЯРД - 0,32 т.

- запасные части, материалы и оборудование - 10,0 т.

- резерв - 15,0 т.

- начальная масса - 1184,22 т.

- конечная масса - 773,22 т.

Интересен принцип, с помощью которого звездолёт должен затормозить около цели. Для этого основная часть забираемой из внешней среды массы поступает не в аннигилятор, а выбрасывается наружу через специальные сопла, расположенные между витками магнитной катушки и направленные перпендикулярно направлению полёта. Плазма, распространяясь перпендикулярно магнитному полю, вызывает раскрытие магнитной воронки, которая за счёт этого действует как тормоз.

Некоторые критические замечания к проекту Бурдакова-Данилова

Проект фотонной ракеты Бурдакова-Данилова очень интересен, тем более, что в нём сделана попытка решить некоторые проблемы, стоящие на пути создания фотонной ракеты. Стоит признать, что идея о использовании внешней среды в фотонном приводе является не только новаторской и очень смелой, но в то же время и очень эффективной.

Однако, несмотря на все эти достоинства, хотелось бы отметить некоторые моменты, которые ставят под сомнение выполнимость представленного проекта.

Во-первых, бросается в глаза слишком точно указанные характеристики, в частности, массовые. В некоторых случаях масса указана с точностью до 10 кг! И это в то время, когда известен лишь принцип движения, а путей решения некоторых проблем, влияющих на весь корабль в целом, нет до сих пор. Также сомнительна достаточность резерва – 15 тонн при стартовой массе в 1184,22 тонны, т. е. чуть более 1%. Повторюсь, что при наличии такого большого комплекса нерешённых проблем планировать столь подробную массовую сводку и создавать какие бы то ни было резервы преждевременно.

Во-вторых, возникают сомнения в устойчивости электронного зеркала. Согласно [2] оно приобретает параболическую форму за счёт набегающего потока протонов, согласно [3] – за счёт того, что корабль летит с ускорением (автору данной статьи кажется более убедительным второй вариант). Но в любом случае, остаётся неучтённым воздействие других сил, действующих на зеркало: сила давления света, излучаемого в процессе аннигиляции, действие магнитного поля на составляющие зеркало электроны, и т. д. Также вызывает сомнение возможность создания таких сверхплотных зеркал, в которых электроны были бы сильно сближены друг с другом (желательно на расстояние, в 10 раз меньшее длинны гамма-кванта). Сила отталкивания между электронами опять-таки может исказить форму зеркала.

Наконец, сама компоновка корабля, представленная в [3], также вызывает сомнения, так как «сгорание» антивещества должно происходить внутри корабля, более того, очень близко от жилых отсеков!

Думаю, все эти недостатки можно объяснить лишь тем, что пока методы межзвёздных полётов только развиваются и происходит поиск правильных решений.

Заключение

Как уже отмечалось, постройка фотонной ракеты в настоящий момент не возможна. Почему же конструкторы и фантасты упорно возвращаются к идее межзвёздного полёта? Скорее всего, дело в том, что человечеству свойственно стремление к расширению места своего местообитания. Человек неосознанно стремиться выйти из своей колыбели.

Естественно, что звездолёт будущего будет мало похож на описанную выше ракету. Но цель подобных проектов – не создание транспортной системы, а разработка принципов, «прощупывание» путей решения сложнейших научных проблем. Создавая такие проекты, учёные узнают проблемы, стоящие перед ними на пути полёта к звёздам. В данном проекте такими проблемами являются отсутствие методов получения и хранения антивещества, создание систем жизнеобеспечения с ресурсом в десятки лет, конструкций, выдерживающих подобные нагрузки, не осуществлён управляемый термоядерный синтез и многое другое.

Теперь, имея перед собой этот проект, мы видим, какие цели и задачи стоят перед создателями звездолётов будущего и какие трудности им предстоит преодолёть.

Использованная литература:

1. Феоктистов К. П. «Космическая техника. Перспективы развития»
2. Бурдаков В. П., Данилов Ю. И. «Ракеты будущего»
3. Журнал «Техника – молодёжи», № 7 2006 год статья "Межзвёздное путешествие. Аспекты проблем"

Категория: Межзвездные полеты | Добавил: C-400 (2007/03/23) | Автор: Александр Валерьевич Хороших
Просмотров: 7057 | Комментарии: 2 | Рейтинг: 5.0/8 |

Всего комментариев: 1
1  
Фотонная наноракета: http://samlib.ru/l/lemeshko_a_w/azv.shtml

Имя *:
Email *:
Код *:
Форма входа
Поиск
Друзья сайта
Статистика

Copyright WMA © 2017