На микроволновке… к звездам?

Одной из главных проблем космонавтики остается несовершенство двигателей. Чем лучше двигатель, тем большую полезную нагрузку он доставит на орбиту и выведет в межпланетное пространство, тем большую скорость сможет развить. Существует множество предложений, как улучшить характеристики двигателей, и некоторые из них кажутся сущей фантастикой, однако вполне осуществимы на практике.

Физический предел

Наш великий соотечественник Константин Циолковский вошел в историю прежде всего тем, что первым, еще в 1903 году, вывел формулу, названную его именем и устанавливающую связь между скоростью ракеты, качеством используемого топлива и требуемым количеством топлива для разгона до нужной скорости. Сила формулы в том, что она позволяет без сложных вычислений подобрать оптимальное соотношение характеристик межпланетной ракеты.

В формуле присутствует так называемый «удельный импульс» — очень интересная характеристика, с помощью которой можно оценивать качество топлив и двигателей. Ракетчики измеряют ее в секундах, что довольно наглядно: чем выше удельный импульс, тем большую скорость можно развить с той же массой топлива, поскольку топливо сгорает медленнее при прочих равных условиях. Циолковский применил формулу к известным горючим смесям и уставил, что лучшим топливом является сочетание жидкого водорода и жидкого кислорода (удельный импульс — 428 секунд). Однако вставали препятствия технического свойства: жидкий водород очень летуч и нуждается в специальном криогенном оборудовании, которого в его времена не было. Посему он решил остановиться на сочетании керосин-кислород (удельный импульс — 335 секунд). При этом получается, что для полета к Луне корабля с экипажем массой 100 тонн ракету придется заправить топливом массой почти 2700 тонн. Такое число поразило ученого, но он полагал, что потомки сумеют решить все проблемы.

Потомки действительно постарались их решить, придумывая разные способы обхода суровой формулы. В результате знаменитая ракета-носитель «Сатурн-5», доставлявшая американских астронавтов на Луну имела три ступени с двигателями, работавшими на топливах керосин-кислород и керосин-водород, при общей массе на старте почти 3000 тонн.

Подобных ракет сегодня нет, поэтому мы и не летаем больше на Луну. Если же соберемся, то придется их сначала построить, однако стоимость носителей типа «Сатурн-5» будет непомерно высокой, а обслуживание — очень сложным. Вот почему ученые постоянно ищут новые сочетания горючих материалов и новые схемы двигателей: повышение удельного импульса даже на пару секунд поможет значительно сэкономить топливо и уменьшить общую массу ракет.

Двигатель Шойера

В течение ХХ века было придумано множество способов повышения удельного импульса. Например, возникла концепция электроракетного двигателя, в котором топливом служит испаренный металл. Скажем, электрический взрыв вольфрамовой проволоки дает удельный импульс в 2200 секунд. Эксперименты с алюминием, железом, медью, золотом и серебром дали разброс импульса от 1000 до 5000 секунд — серьезный прирост! Однако природу редко удается обмануть: при взрыве тяжелых металлов образуются твердые частицы, которые разрушают сопло. Поэтому имеет смысл использовать более легкие металлы с меньшим удельным импульсом (литий, натрий, бериллий, магний) и разогревать их постепенно, жертвуя реальной тягой. Но если тяга у вас низка, то как оторваться от Земли?..

Кажется, что выхода нет, что ракеты всегда будут громоздкими и ненадежными. И все же постоянно возникают идеи, которые на первый взгляд кажутся безумными. Одна из таких идей недавно наделала много шума.

Ее предыстория такова. В 2001 году британский инженер Роджер Шойер, ранее работавший в военной промышленности, в том числе над европейской системой глобальной навигации «Галилео», основал компанию «Satellite Propulsion Research Ltd». Причем главной целью компании была заявлена разработка и создание электромагнитного двигателя «EmDrive» (Electro Magnetic Drive, электромагнитный двигатель).

Хотя в названии двигателя нет вроде бы ничего необычного, теоретическую концепцию «EmDrive» сразу же приняли в штыки, ведь она основывается на очевидном нарушении фундаментальных законов природы, а точнее — закона сохранения импульса и третьего закона Ньютона. Роджер Шойер заявил, что его двигатель вообще не нуждается в топливе, а тяга создается за счет отражения микроволнового излучения от стенок особой камеры.

Доказывая свои слова, Роджер Шойер построил и представил в декабре 2002 года первый действующий прототип, который развивал тягу 16 миллиньютонов. К его презентации отнеслись скептически, поскольку инженер не имел научных публикаций и был воспринят академическим сообществом как очередной «безумный изобретатель». У него ушло еще четыре года на то, чтобы создать новый прототип, развивающий более существенную тягу — около 100 миллиньютонов. На этот раз он обратил на себя внимание: китайский исследователь Чжуан Янг воспроизвел устройство в своей лаборатории и получил тягу в 720 миллиньютонов при мощности магнетрона, генерирующего микроволны в 1000 Ватт.

В 2013 году группа специалистов под руководством авторитетного инженера-машиностроителя Гарольда Уайта из Космического центра имени Линдона Джонсона (НАСА), используя простую модель, построенную по чертежам Шойера, и магнетрон мощностью всего 17 Ватт, неоднократно наблюдали «аномальное явление» (так в тексте отчета!) — возникновение тяги от 50 до 116 микроньютонов в зависимости от условий эксперимента.

Гарольд Уайт тут же попытался дать теоретическое обоснование «аномалии»: по его мнению, внутри камеры возникает «виртуальный плазменный тороид, который создает тягу посредством магнитной гидродинамики при квантовых колебаниях вакуума». Такое обоснование не было принято научным сообществом в силу его недоказуемости. Хотя инженер Пол Марш, сотрудник Уайта, продолжает эксперименты с моделью, сама выбранная методика и подача результатов встретили ожесточенную критику.

Точки над «i» взялись поставить в 2015 году немецкие физики под руководством профессора Мартина Таджмара из Дрезденского технического университета. Они использовали свою собственную модель «EmDrive» с магнетроном мощностью 700 ватт, сделанном из кухонной микроволновки. И после серии экспериментов получили неоднозначный результат: тяга колебалась в пределах от 30 до 50 микроньютонов, тогда как измерительный предел используемых приборов составлял 10-15 микроньютонов. То есть эффект есть, но для окончательного установления истины нужны новые серии опытов с более чуткими детекторами.

Проблема энергетики

Что будет, если «эффект Шойера» докажут экспериментально и последние сомнения отпадут? Удельный импульс в системе с двигателем «EmDrive» будет равен бесконечности, а значит, любую массу можно будет разогнать хоть до скорости света, если есть надежный и постоянный источник энергии для создания микроволнового излучения: им могут стать панели солнечных батарей или компактный ядерный реактор. Понятно, что с Земли такая система стартовать не может (слишком мала тяга), но зато в космосе она будет разгоняться до тех пор, пока поступает энергия.

Группа Гарольда Уайта произвела соответствующий расчет, исходя из собственных измерений «аномального явления». У сотрудников НАСА получилось, что до Марса с использованием даже маломощного «EmDrive» можно будет долететь за 70 дней, до Плутона — за 518 дней, а до ближайшей звезды Проксима Центавра — за 122 года. Специалисты прямо говорят, что появление таких двигателей совершит революцию в освоении космоса.

Впрочем, даже если полноценный космический двигатель на таком оригинальном принципе построить не получится, теоретикам придется как-то объяснить «эффект Шойера». И, возможно, это объяснение откроет перед нами какую-то другую физическую реальность, в которой наши представления о фундаментальных законах природы придется пересмотреть и в которой станут реальностью самые удивительные чудеса.

Антон Первушин


Рубрика сайта: ЗАГЛЯНЕМ В БУДУЩЕЕ
Отправить ссылку другу


0


Рубрики

Бледный, невзрачный, но сильный

Бледный, невзрачный, но сильный БзЮВсе вы знаете простенький цветок – цикорий: голубой, бледно-розовый или белый. На Украине и в России он во множестве произрастает на меже, на холмах и вдоль дорог.

Добрый дух дома

Добрый дух дома

Испокон веков главным защитником семейного очага считался, конечно же, Домовой. Для него устраивали праздник, дарили подарки – а он обеспечивал семейному очагу надежную защиту.

Ловушки на пути к богатству

Ловушки на пути к богатству

Финансовое благополучие начинается не с туго набитого кошелька, а с самоощущения: «Я благополучен, у меня хватает денег на все».

Египетский гороскоп

Египетский гороскоп

Каждым из нас управляет божество, которое не только предопределяет жизнь человека, но и наделяет чертами своего характера.


МЕДИТАЦИЯ АВГУСТА

МЕДИТАЦИЯ АВГУСТА

Медитация этого месяца посвящена гармонии, равновесию и защите.

МЕСЯЦ ЛЬВА

МЕСЯЦ ЛЬВА

Астрологический прогноз Сергея Симакова для всех знаков Зодиака. 

ОТДЫХ ПО ЗОДИАКУ

ОТДЫХ ПО ЗОДИАКУ

Планируем свой отпуск с помощью астрологии!

ЛУНА И ДАЧА

ЛУНА И ДАЧА

Лунный календарь садовода-огородника на весь сезон!

Loading...

Астрологический прогноз — способ узнать будущее

Составлять астрологические прогнозы люди научились еще множество веков назад для того, чтобы иметь возможность лучше подготовиться к сюрпризам, которые готовит нам судьба. Ориентация в реальной жизни по небесным светилам является одним из способов приоткрыть завесу будущего. Звезды способны рассказать нам о предстоящих событиях и определить наши действия.

Каждый вправе сам решать, верить или не верить в астрологический прогноз, но тот факт, что астрология — это реальная наука со своими методами исследования и неоспоримыми результатами, сомнений не вызывает. Ни один астрологический прогноз не претендует на то, чтобы его воспринимали как единственно возможную истину. Предсказания по звездам дают нам путеводную нить, тему для размышлений и рекомендации, которые могут быть выполнены или нет в зависимости от личных пожеланий человека. Каждый волен строить судьбу по своему сценарию, но звезды способны помочь нам избежать некоторых ошибок, вовремя ухватиться за счастливый шанс и просто сделать жизнь немного легче и светлее.