Двигатели на бъдещето
споделяне
Вече е ясно, че в един не много хубав момент, ще трябва да напуснем планетата Земя. Колко скоро ще настъпи този момент, зависи от това кой ще унищожи първи планетата – Слънцето или самите ние. Но как по-точно ще пътуваме до звездите? Каква технология ще задвижва корабите ни? Едно е сигурно – тя ще води началото си от научната фантастика!
Обикновените химически ракети разчитат на драматичен взрив от горещи газове, които, разширявайки се, задвижват ракетата. Проблемите при тях са два – опасността от загуба на контрол над взривяването на газа (при което следва зрелищно „БУМ!”) и огромното количество гориво, което те изгарят за части от секундата. Очевидно те правят космическите полети в момента твърде опасни. Какви са резервните ни варианти, с какви предимства и недостатъци разполагат те и кой е най-добрият от тях?
1. Слънчево платно
Решение на проблема с огромното количество гориво, нужно за такива пътешествия, са т.нар. слънчеви платна. Тази начин на пътуване използва слабото, но постоянно налягане, което слънчевата светлина упражнява. За едно огромно платно това налягане е достатъчно за задвижване през космоса. Платното на снимката може да задвижи съвсем малък полезен товар. За задвижването на пилотиран кораб, който да стигне до други звезди, ще е нужно слънчево платно, широко стотици километри. Идеята за такива платна датира още от 1611г. и е формулирана от Йоханeс Кеплер. Физиката на слънчевото платно е удивително проста, но самото му изграждане е огромно инженерно предизвикателство. Друг проблем е влиянието на звездата, към която се приближаваме – тя би имала същия ефект като нашето Слънце, но в обратна посока. Има идеи за изграждане на установка от лазери на Луната, които да увеличат скоростта до една втора от тази на светлината, но дори и те надхвърлят инженерните ни способности! Друг проблем е връщането на устройството…
От няколко опита за тестване на слънчеви платна, има само един успешен – през 2004г. японска ракета разгърна два малки прототипа на слънчеви платна, които обаче бяха без двигателна функция. Поради всичките си проблеми, те получават последното 5-то място в класацията.
2. Релсово оръдие
Един изобретателен метод за извеждането на ракета в орбита е релсовото оръдие. То е описано от Артър Кларк и други фантасти. Релсовото оръдие не използва гориво, а магнитното действие на електрическия ток. Като цяло релсовото оръдие представлява две успоредни жици и ракета, която ги „възсяда”. Чрез пускане на милиони ампери ток през жиците, се създава силно електромагнитно поле, което тласка ракетата с огромна скорост. Проблемът на релсовото оръдие е, че то увеличава скоростта толкова бързо, че обектите се сплескват, а човек никога не би могъл да издържи такова ускорение. Релсови оръдия вече са изстрелвали плътни метални обекти, но не могат да се използват за повечето мисии. Поради ограниченото им приложение, те
3. Плазмен двигател
Плазмените двигатели – например VASIMR, могат да бъдат до 10 пъти по-ефективни от йонните, които са на 2-ро място, но пък са по-сложни от тях, по-трудни за конструиране и поддръжка. Затова са и едно място по-назад. Този тип двигател използва различни методи (радиовълни и магнитни полета), за да нагорещява водороден газ до главозамайващите 1 000 000 (един милион) градуса по Целзий. След това горещата плазма се изхвърля от края на ракетата, като по този начин й придава значителна тяга. Такъв двигател никога не е изпращан в космоса, макар вече да е конструиран тук долу, на Земята.
4. Йонен двигател
За разлика от химическата ракета, йонният двигател не „взривява” газове. Той прилича на кинескопа на телевизора – през жичка тече електричен ток, който създава лъч от йони, изскачащи от края на ракетата. Тягата му обикновено се измерва в унции – една унция е равна на 28,3 грама. Всъщност тук на Земята той не би могъл да помръдне. Но във вакуума на открития космос, нещата не стоят така – липсата на огромна тяга йонният двигател наваксва с продължителното си действие. Рекордът за най-дълго действащ йонен двигател е поставен още през 1998 година от йонния тласкач NSTAR на NASA – двигателят е действал 678 дни! Макар да е доста вероятно йонен двигател да ни бута до звездите, не бързайте да разглобявате стария телевизор! Първо прочетете, кой е победителят!
Първото място се присъжда на…
Постояннотоков реактивен двигател, използващ ядрен синтез
Не, не победата не му се присъжда заради дългото име, което, в интерес на истината, звучи като нещо излязло от любимия ни жанр… Този тип двигател също използва за гориво водородния газ, но със съществената разлика, че си го набавя сам! Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената. ПРД използва този факт и „загребва” водород, докато се движи през космоса. Щом се натрупа достатъчно водород, той се загрява до температура от няколко милиона градуса, за да започне да отделя енергия при термоядрена реакция. Един такъв двигател с тегло 1000 тона може да поддържа постоянно ускорение от 1g (g=9,8 m/s2). Ако се поддържа такава тяга за една година, двигателят ще достигне 77% от скоростта на светлината. Тъй като според Айнщайн времето се забавя в бързо движеща се ракета, то за 23 години (според часовниците на борда) ПРД ще достигне до галактиката Андромеда, която се намира на 2 милиона светлинни години от нас. С тези си невероятно звучащи характеристики, постояннотоковият реактивен двигател получава първото място в нашата класация.
БОНУС ТЕХНОЛОГИЯ - Космически асансьор
Много от тези двигатели, поради огромните си размери, трябва да бъдат изградени в открития космос. Основна пречка за това са изключително високите цени на монтажа в космоса – изпращането на около 450гр. материал в орбита струва повече от 10 000 долара. Т.нар. космически асансьор може да намали тази цена до (сега внимавайте!) 1 долар!!! Така изграждането на горните двигатели ще стане много по-лесно и евтино. Та каква е тази удивителна технология?! Не, не е нищо свързано с единадесетото или тридесет и второто измерение на Струнната Теория, а е едно просто… въже! Представете си въже, дълго десетки хиляди километри, което стърчи от Земята, държано само от центробежната сила, породена от въртенето на нашата планета. Точно както в приказките за бобеното зърно, нали?! Е, това въже няма да е съвсем обикновено, по простата причина, че трябва да може да издържи напрежение от 60 до 100 гигапаскала (Gpa). За сравнение – стоманата се троши при 2 Gpa. Това правеше идеята неосъществима, но само докато не бяха разработени въглеродните нанотръби. Те са много по-здрави и по-леки от стоманата и всъщност притежават якост доста по-голяма от нужната – 120 Gpa. Разбира се космическият асансьор има своите проблеми, например, много трудното изграждане на толкова дълги нанотръби и евентуалните сблъсъци със сателити и други обекти. Ако бъдат решени тези проблеми (което може да стане много скоро) космическият асансьор ще преобърне икономиката на космическите полети с главата надолу!
В заключение мога да кажа, че този и следващия век са ключови в развитието на междузвездните кораби. Съвсем скоро ще се осъществи мисия до Марс, а след нея всяка друга планета от Слънчевата система ще изглежда много по-близо. Дори в края на века нашите деца могат да станат свидетели на първите пътешествия на човечеството към близките звезди! Със сигурност научните и технически познания на хората все още не са достатъчни, но с тези темпове на растеж, бъдещето е наистина оптимистично!