Эра реактивных двигателей
        Компания Boeing получила от Ведомства по патентам и товарным знакам США (USPTO) одобрение на патент авиадвигателя, работающего на энергии термоядерных взрывов. Предполагается, что высокомощные лазеры смогут выстреливать по радиоактивным изотопам водорода в камере сгорания, сообщая им энергию, достаточную для реакции ядерного синтеза. Продукты реакции будут выходить через сопло двигателя, создавая тягу. Кроме того, термоядерные реакции будут нагревать перегородку камеры сгорания, которая покрыта ураном-238. В результате его контакта с высокоэнергетическими нейтронами будет выделяться колоссальное тепло. На перегородку подаётся охлаждающая жидкость: испаряясь, она будет вращать специальную турбину – энергия от последней должна приводить в действие лазеры. Технология двигателя настолько сложна и сомнительна с точки зрения безопасности, что практическая её реализация пока не стоит на повестке дня. Однако,  Boeing её запатентовал!
        Россия тоже не то строит, не то нет ядерный двигатель:  «Транспортный модуль с ядерным двигателем, заказанный госкорпорацией Роскосмос, должен быть исполнен к ноябрю 2018 г. Стоимость проекта по созданию транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса, предназначенной для полётов в дальний космос (Луна, Марс), составит 3,8 млрд руб.»...  И далее: «Росатом» планирует изготовить к 2018 г. опытный образец ядерной энергодвигательной установки (ЯЭДУ) мегаваттного класса, для полётов в дальнем космосе». А несколько дней спустя в тех же СМИ появилось:  «Создание межорбитального буксира с ядерным двигателем вычеркнули из проекта Федеральной космической программы. Роскосмос решил не тратить деньги на создание межорбитального буксира с ядерной электродвигательной установкой». Так будут ли строить ЯЭДУ?
        Ядерная энергетика в освоении космического пространства нашей страной используется не впервые и далеко не впервые звучат такие взаимоисключающие заявления и действия. В период с 1970 по 1988 год в СССР был осуществлён запуск 32 космических аппаратов с термоэлектрической ядерной энергоустановкой, а в период с 1960 по 1980 год разработан и прошёл испытания ЯРД...
        Работы по этому направлению понятны – ближайшей и, казалось бы, наиболее осуществимой альтернативой химическим ракетам, могут быть ядерные. Использующиеся для этого типа двигателей физико-химические процессы освоены и понятны. Не очень понятны перспективы, особенно в тех областях, для которых они и предназначаются.
        В своё время НАСА рассматривала, в основном, два типа ядерных двигателей – импульсные, использующие потоки ядерных частиц и других эффектов ядерного взрыва (проще говоря, с одной стороны щита укреплён корабль, а с другой стороны периодически взрываются атомные бомбы). Проект с использованием такого импульсного ЯРД разрабатывался в США в середине прошлого века. Результаты исследований иллюстрируются следующей цитатой:
       «Основной целью проекта было создание корабля для исследования Солнечной системы. Но были разработаны и 2 модификации звездолётов. Первая модификация должна достигнуть Альфы Центавра за 1800 лет и имеет следующие характеристики: стартовая масса –  40 млн тонн, масса после разгона –  10 млн тонн, количество используемых зарядов –  30 млн шт., диаметр тяговой плиты – 20 км, материал тяговой плиты – медь, экипаж – 20 тысяч чел. Вторая модификация менее радикальна: масса на старте – 500 тыс. тонн, масса после разгона – 100 тыс. тонн, количество используемых зарядов – 300 тыс. штук, диаметр тяговой плиты – 400 метров, максимальная скорость – 10.000 км/с. Данная модификация должна достигнуть Aльфы Центавра за 130 лет»...
        Вряд ли полученные результаты можно считать приемлемыми. По затратам проект был сравним с полётом на Луну, его и закрыли в 1965 г. В Штатах испытательный комплекс для этих двигателей назвали «Страной дураков» (видимо, обжёгшись на этом молоке, Боинг «дует на воду», патентуя термоядерный авиадвигатель).
        Второй тип ЯРД имеет ядерный реактор для нагрева рабочего тела, которое разгоняется в устройствах таких же, как в химических двигателях, и создаёт реактивную струю. Преимущества таких двигателей перед химическими в том, что они могут использовать в качестве рабочего тела водород и греть его до более высоких температур. При температуре 12000 К и использовании водорода можно получить скорости струи до 20 – 30 км/с (в химических – <5 км/с). В этом смысле ЯРД с нагревом рабочего тела могут быть более эффективными для межпланетных полётов.
        Работы по созданию ядерных двигателей ведутся с середины прошлого века в США и СССР (теперь в России), но реальные двигатели не созданы, работы находятся в стадии исследований и испытаний макетов. Так, в Центре Келдыша разрабатывают ядерный реактор для той ЯЭДУ, которая то ли будет построена в 2018 году, то ли нет... Инженеры из калифорнийского института Санта-Барбары представили новую разработку лазерного двигателя для космических аппаратов. Сейчас разработчики заняты подготовкой документации к согласованию с NASA на предмет запуска двигательного агрегата в производство...
        Осуществится ли этот и аналогичные ему проекты или нет зависит не только от властных структур, как полагают СМИ. Дело здесь отнюдь не в финансах, дело в физике! Эпоха реактивных двигателей, бурно развившихся во второй половине прошлого века, стремительно приближается к своему тупику. Строго говоря, все известные нам движения являются реактивными – человек (или лошадь, или автомобиль) толкают Землю, а её реакция их двигает. Энергия съеденной пищи (или бензина) расходуется на это взаимодействие и обеспечивает движение. Вот только в «дележе» энергии между партнёрами различие в массах работает в нашу пользу (Земля о-о-очень много больше).
        Между равными по массе партнёрами энергия поделится пополам, а в реактивном двигателе, выбрасывающем с большой скоростью струю газов, львиная доля энергии улетит именно с этими газами. В этом легко убедиться на уровне школьной физики: из формулы  кинетической энергии и закона сохранения импульса следует, что общая энергия распределяется между партнёрами обратно пропорционально их массам: W1/W2 = M2/M1. Из этого следует, что КПД реактивного двигателя (полезным действием считаем разгон корабля) тем меньше, чем больше его масса по отношению к секундному расходу горючего. Кстати, самым неэкономичным из всех возможных реактивных двигателей будет столь милый фантастам фотонный реактивный двигатель.
        В нынешних ракетах разгонять приходится и запас горючего (рабочего тела), которое затем тоже улетит, унося с собой энергию. Поэтому ЯЭДУ – устройство, предназначенное для полётов внутри Солнечной системы должно работать в прямоточном режиме – стартовать с Земли с минимальным запасом рабочего тела и в полёте пополнять его за счёт «подножного корма» – метеорной пыли, космического мусора, наконец, мелких обломков из пояса астероидов. Это реально в ближнем межпланетном пространстве.
        А поскольку характер космической экспансии человечества в обозримом будущем именно таков, становится понятной международная шумиха (в том числе, на уровне ООН), раздуваемая некоторыми странами, участвующими в этой экспансии. На фоне активизации российских разработок ЯЭДУ для космических аппаратов целый ряд стран выступил в ООН с предложением пересмотреть принципы использования ядерных источников в космосе.
        В ходе работы 59-й сессии Комитета ООН по использованию космического пространства в мирных целях (проходила в Вене в июне) США, Великобритания, Германия, Франция, Япония, Италия, Испания, Австралия, Бразилия, Канада и ряд других делегаций (всего 25 государств) выдвинули инициативу по принятию набора руководящих принципов в обеспечение «Долгосрочной устойчивости космической деятельности».
       «Некоторые делегации просили юридический подкомитет провести обзор рамок обеспечения безопасного использования ядерных источников энергии в космическом пространстве и содействовать принятию имеющих обязательную силу стандартов с целью обеспечения ответственного использования ядерных источников энергии», – говорится в тексте доклада, опубликованного Генеральной ассамблеей ООН по итогам сессии. А поскольку Россия строго придерживается международных соглашений по использованию ядерной энергии, следует ожидать попыток существенного ужесточения этих соглашений, но не из экологических, а из конкурентных соображений.
        А вот для дальнего космоса, где на «подножный корм» рассчитывать не приходится, единственной пока альтернативой остаются паруса – для солнечного ли ветра или для земных лазеров. Космическим парусникам не требуется горючее, разгонять нужно будет только сам корабль... Спираль развития – с парусов начинали, к ним же возвращаемся на новом витке, только в дополнение к ветру (солнечному) имеем ещё «ветропушки» – лазеры, которые могут «дуть с берега». Не исключено, что со временем удастся «зацепиться» за космические магнитные поля, но на этом пути продвижений пока нет. Поэтому отказ от разработки ЯЭДУ, видимо, не основателен.  Разумнее более чётко определить цели и сроки соответствующих проектов и финансировать работы по ЯЭДУ и по солнечным парусам «в нужное время и в нужном месте». 
В оглавление