|
Будущее космополетов без ракетного топлива
|
|
|
|
Вот уже более ста лет ракетный двигатель работает по простому принципу: сжигаешь топливо, выбрасываешь его назад, и третий закон Ньютона толкает тебя вперед. С тех пор как Константин Циолковский впервые сформулировал ракетное уравнение в 1903 году, космические корабли брали с собой топливо, что ограничивало возможности полета из-за соотношения масс. Чем больше топлива вы перевозите, тем тяжелее становится ваша ракета, и для его подъема требуется еще больше топлива, и получается порочный круг, из-за которого межзвездные путешествия кажутся невероятно далекими. Но что, если космическим кораблям вообще не нужно было бы перевозить топливо?
|
|
|
|
Это заманчивая возможность, рассмотренная в новом всеобъемлющем обзоре, опубликованном на сервере препринтов arXiv, в котором рассматриваются методы безотопливных двигателей для исследования космоса. Эти системы используют природные силы и внешние источники энергии, а не химическое сгорание, что потенциально позволяет выполнять миссии, которые были бы совершенно невозможны с использованием обычных ракет.
|
|
|
|
На протяжении десятилетий космические аппараты управлялись с помощью простейшего безотопливного двигателя - гравитационного ассистента. Тщательно рассчитав время сближения с планетой, инженеры могут увеличить орбитальную скорость этого мира, разгоняя космический аппарат до более высоких скоростей, не сжигая топливо. Зонды "Вояджер" использовали этот маневр, чтобы посетить все четыре внешние планеты. Этот метод работает блестяще, но планеты должны находиться в точном соответствии, что делает возможности для полетов редкими, а траектории - негибкими.
|
|
|
|
|
|
|
Солнечные паруса обеспечивают более непрерывное и удобное движение за счет использования радиационного давления солнечного света. Эти огромные мембраны отражают фотоны для создания тяги, ускоряясь медленно, но устойчиво без использования топлива. Японский зонд IKAROS продемонстрировал эту технологию в 2010 году, успешно отправившись к Венере только на солнечном свете. Однако для изготовления солнечных парусов требуются огромные размеры и тонкие, как паутинка, материалы, которые должны выдерживать суровые космические условия в течение многих лет, и их эксплуатационные характеристики резко снижаются с удалением от Солнца.
|
|
|
|
Магнитные паруса используют другой подход, используя сверхпроводящие петли для создания мощных магнитных полей, которые отклоняют солнечный ветер - поток заряженных частиц, постоянно исходящий от Солнца. Отталкиваясь от этой плазмы, магнитные паруса создают тягу, не расходуя топливо. Они потенциально обеспечивают лучшее ускорение, чем солнечные паруса, и не разрушаются со временем, как отражающие мембраны. В чем загвоздка? Для создания необходимого магнитного поля требуются огромные сверхпроводящие катушки, радиус которых может достигать 50 километров, поддерживаемые при криогенных температурах. Технологии для создания и развертывания таких конструкций пока просто не существует.
|
|
|
|
Электрические паруса представляют собой более новый вариант, использующий заряженные тросы, а не магнитные поля для отражения протонов солнечного ветра. Эти системы обещают более легкие космические аппараты, чем магнитные паруса, хотя они также зависят от использования чрезвычайно длинных и легких проводов и требуют значительного количества электроэнергии для поддержания необходимого заряда.
|
|
|
|
Каждый безотопливный метод обладает уникальными преимуществами, но сталкивается с определенными инженерными трудностями. Гравитация помогает работать уже сейчас, но требует точного планетарного выравнивания. Солнечные паруса обеспечивают устойчивую тягу, но требуют массивных и тонких конструкций. Магнитные и электрические паруса предотвращают разрушение материалов, но требуют технологий, которые все еще находятся в стадии разработки. Из обзора становится ясно, что ни один подход не решает все задачи в отдельности, но вместе эти методы могут коренным образом изменить то, как мы исследуем Солнечную систему и за ее пределами. Для действительно амбициозных полетов в межзвездное пространство использование топлива может быть не просто выгодным, но и абсолютно необходимым.
|
|
|
|
Источник
|
