Проблема тяги

межп­ла­нет­ные и межзвёздные экс­пе­ди­ции

В наш меркантильный и насквозь рациональный век если хочешь быть уважаемым, умным,
успешным и дальновидным человеком говорить надо только о деньгах.

Мы с вами будем говорить о межзвёздных экспедициях...

автор: антон первушин, писатель

     Общеизвестно, что на сегодняшний день основой космической экспансии человечества являются ракеты на жидком топливе. Не­ко­то­рые прос­тей­шие межп­ла­нет­ные по­лё­ты воз­мож­но ре­а­ли­зо­вать на ко­раб­лях с тер­мо­хи­ми­чес­ки­ми ра­кет­ны­ми дви­га­те­ля­ми* (*Один ки­лог­рамм сов­ре­мен­но­го ра­кет­но­го топ­ли­ва спо­со­бен вы­де­лить при сго­ра­нии при­мер­но 4000 ккал теп­ла. Од­на ки­ло­ка­ло­рия теп­ло­вой энер­гии эк­ви­ва­ле­нт­на 427 ки­ло­грам­мо­мет­рам ме­ха­ни­чес­кой ра­бо­ты. Это зна­чит, что теп­ла, вы­де­ля­ю­ще­го­ся при сго­ра­нии од­но­го ки­лог­рам­ма топ­ли­ва, дос­та­точ­но, что­бы под­нять мас­су в один ки­лог­рамм на вы­со­ту при­мер­но 1700 ­ки­ло­мет­ров (4000 x 427), счи­тая по­ле зем­но­го тя­го­те­ния пос­то­ян­ным (в действи­тель­нос­ти эта вы­со­та бу­дет боль­ше на 2300 км). В свою оче­редь «ра­бо­та от­ры­ва», то есть ра­бо­та, не­об­хо­ди­мая для «уда­ле­ния» од­но­го ки­лог­рам­ма мас­сы с по­ве­рх­нос­ти Зем­ли в бес­ко­неч­ность, эк­ви­ва­ле­нт­на пе­ре­не­се­нию этой мас­сы на вы­со­ту, рав­ную зем­но­му ра­ди­у­су (при­мер­но 6400 ки­ло­мет­ров). Это оз­на­ча­ет, что для от­ры­ва от Зем­ли од­но­го ки­лог­рам­ма мас­сы межп­ла­нет­но­го ко­раб­ля те­о­ре­ти­чес­ки пот­ре­бо­ва­лось бы ме­нее че­ты­рех ки­лог­рам­мов ра­кет­но­го топ­ли­ва. Но в действи­тель­нос­ти рас­ход топ­ли­ва дол­жен быть во мно­го раз боль­ше.), но они пот­ре­бо­ва­ли бы по­ис­ти­не гран­ди­оз­ных зат­рат топ­ли­ва. Это объ­яс­ня­ет­ся мно­го­чис­лен­ны­ми неп­ро­из­во­ди­тель­ны­ми зат­ра­та­ми энер­гии топ­ли­ва. Часть энер­гии те­ря­ет­ся в ка­ме­ре сго­ра­ния дви­га­те­ля, то есть в про­цес­се пе­ре­хо­да хи­ми­чес­кой энер­гии в теп­ло­вую, дру­гая часть – в дви­га­те­ле же, при пе­ре­хо­де теп­ло­вой энер­гии в ки­не­ти­чес­кую энер­гию ре­ак­тив­ной струи. Зна­чи­тель­ная энер­гия бес­по­лез­но те­ря­ет­ся с вы­те­ка­ю­щи­ми из дви­га­те­ля га­за­ми. Часть энер­гии ухо­дит на подъ­ём са­мо­го топ­ли­ва в по­ле зем­но­го тя­го­те­ния. При­хо­дит­ся пре­о­до­ле­вать соп­ро­тив­ле­ние зем­ной ат­мос­фе­ры, име­ют мес­то так на­зы­ва­е­мые гра­ви­та­ци­он­ные по­те­ри, свя­зан­ные с ра­бо­той дви­га­те­ля ра­ке­ты, взле­та­ю­щей в по­ле зем­но­го тя­го­те­ния, и так да­лее.
     На этом фо­не за­мет­но вы­иг­ры­ва­ют ра­ке­ты с ядер­ны­ми дви­га­те­ля­ми (ЯРД), раз­го­во­ры о ко­то­рых ве­дут­ся с 20-х го­дов XX ве­ка.

Межп­ла­нет­ные ко­раб­ли с ядер­ны­ми дви­га­те­ля­ми
     Итак, что­бы со­об­щить од­но­му ки­лог­рам­му мас­сы вто­рую кос­ми­чес­кую ско­рость, не­об­хо­ди­мую для со­вер­ше­ния межп­ла­нет­но­го по­ле­та, нуж­на энер­гия при­мер­но че­ты­рех ки­лог­рам­мов хи­ми­чес­ко­го ра­кет­но­го топ­ли­ва, но ту же энер­гию в сос­то­я­нии вы­де­лить кру­пин­ка ядер­но­го го­рю­че­го – ура­на с мас­сой мень­ше мил­лиг­рам­ма!
     Про­цес­сы, при ко­то­рых вы­де­ля­ет­ся ядер­ная энер­гия, под­раз­де­ля­ют­ся на ра­ди­о­ак­тив­ные прев­ра­ще­ния, ре­ак­ции де­ле­ния тя­же­лых ядер, ре­ак­ции син­те­за лег­ких ядер и ре­ак­ции ан­ни­ги­ля­ции.
     Для ис­поль­зо­ва­ния в ра­кет­ной тех­ни­ке бо­лее под­хо­дит хо­ро­шо изу­чен­ная уп­рав­ля­е­мая ре­ак­ция де­ле­ния ядер ура­на или плу­то­ния. Ведь толь­ко в этом слу­чае уда­ёт­ся по­ка воз­дей­ство­вать на ход ядер­ной ре­ак­ции и та­ким об­ра­зом ре­гу­ли­ро­вать ско­рость вы­де­ле­ния атом­ной энер­гии.
     В ре­зуль­та­те каж­до­го еди­нич­но­го ак­та ядер­но­го де­ле­ния ос­кол­ки раз­де­лив­ше­го­ся атом­но­го яд­ра раз­ле­та­ют­ся в про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны под действи­ем воз­ни­ка­ю­щей меж­ду ни­ми элект­рос­та­ти­чес­кой си­лы от­тал­ки­ва­ния. Ско­рость это­го раз­лё­та очень ве­ли­ка – по­ряд­ка 10000-15000 м/сек. Ес­ли все эти ха­о­тич­но дви­жу­щи­е­ся и мча­щи­е­ся с ог­ром­ной ско­ростью атом­ные яд­ра – ос­кол­ки де­ле­ния, об­ра­зу­ю­щи­е­ся в хо­де цеп­ной ре­ак­ции, зас­та­вить дви­гать­ся ор­га­ни­зо­ван­но, в од­ном об­щем для всех нап­рав­ле­нии, то бы­ло бы воз­мож­но соз­да­ние ра­кет­но­го дви­га­те­ля с ко­лос­саль­ным удель­ным им­пуль­сом и ско­ростью ис­те­че­ния 20000-30000 м/сек  (про­тив 3500-4000 м/сек  у сов­ре­мен­но­го тер­мо­хи­ми­чес­кого ра­кет­но­го дви­га­те­ля).
     В 50-е го­ды на вол­не эй­фо­рии, выз­ван­ной соз­да­ни­ем и вво­дом в эксплу­а­та­цию мощ­ных атом­ных элект­рос­тан­ций, по­я­ви­лось мно­го про­ек­тов транс­по­рт­ных сис­тем, ис­поль­зу­ю­щих энер­гию ядер­но­го де­ле­ния. Пла­ни­ро­ва­лось ос­нас­тить та­ки­ми дви­га­те­ля­ми морс­кие и реч­ные су­да, са­мо­лё­ты и да­же ав­то­мо­би­ли. Ак­тив­но об­суж­да­лась и идея соз­да­ния ра­кет с атом­ны­ми дви­га­те­ля­ми.
     Лишь мно­го поз­же конструк­то­ры бы­ли вы­нуж­де­ны приз­нать, что соз­да­ние та­кой «атом­ной ра­ке­ты» не предс­тав­ля­ет­ся воз­мож­ным – со вре­ме­нем по­доб­ную схе­му да­же ста­ли на­зы­вать «псев­до­ра­ке­той». И де­ло не толь­ко в том, что ор­га­ни­за­ция дви­же­ния про­дук­тов ядер­ной ре­ак­ции, по­доб­но то­му как это про­ис­хо­дит в обыч­ных тер­мо­хи­ми­чес­ких ра­кет­ных дви­га­те­лях с про­дук­та­ми ре­ак­ции сго­ра­ния топ­ли­ва, по­ка не осу­ще­с­твле­на. Здесь воз­ни­ка­ет еще од­на труд­ность прин­ци­пи­аль­но­го ха­рак­те­ра. Она свя­за­на с ог­ра­ни­че­ни­ем мак­си­маль­но воз­мож­ной тя­ги по­доб­но­го дви­га­те­ля. Час­ти­цы ве­ще­ст­ва в дви­га­те­ле (про­дук­ты ядер­ной ре­ак­ции) дви­жут­ся с ко­лос­саль­ной ско­ростью, со­от­ве­т­ству­ю­щей тем­пе­ра­ту­рам во мно­гие мил­ли­о­ны гра­ду­сов. В ре­зуль­та­те ми­ри­а­дов уда­ров этих час­тиц о стен­ки дви­га­те­ля пос­лед­ние поч­ти мгно­вен­но про­го­ра­ют! Что­бы дви­га­тель был ра­бо­тос­по­соб­ным при столь боль­шой ско­рос­ти дви­же­ния час­тиц, нуж­но силь­но умень­шить чис­ло этих час­тиц, то есть со­от­ве­т­ствен­но в мил­ли­о­ны раз умень­шить тя­гу дви­га­те­ля. Вот по­че­му «псев­до­ра­кет­ный» дви­га­тель мог бы ра­бо­тать лишь при нич­тож­но ма­лой тя­ге.
     При­ме­не­ние атом­ной энер­гии в ра­кет­ной тех­ни­ке тре­бу­ет но­вых спо­со­бов ис­поль­зо­ва­ния этой энер­гии. Прин­ци­пи­аль­ная раз­ни­ца здесь сос­то­ит в том, что не­об­хо­ди­мо раз­де­лять ис­точ­ник энер­гии и ра­бо­чее ве­ще­ст­во, соз­да­ю­щее тя­гу в дви­га­те­ле. По­доб­ная схе­ма ус­лож­ня­ет конструк­цию, но поз­во­ля­ет пре­о­до­леть це­лый ряд проб­лем.
     Оче­вид­но, в этом слу­чае ис­точ­ни­ком энер­гии дол­жен слу­жить атом­ный ре­ак­тор или «ко­тёл» – по­доб­ный ис­поль­зу­е­мым на атом­ных элект­рос­тан­ци­ях или на под­вод­ных лод­ках. В та­ком кот­ле атом­ная энер­гия пре­об­ра­зу­ет­ся в теп­ло­вую и со­об­ща­ет­ся ка­ко­му-ли­бо ве­ще­ст­ву, ко­то­рое ис­поль­зу­ет­ся для ох­лаж­де­ния кот­ла. Это ве­ще­ст­во, наг­ре­тое в кот­ле до вы­со­кой тем­пе­ра­ту­ры, и мо­жет слу­жить не­пос­ре­д­ствен­но «отб­рос­ной» мас­сой ра­кет­но­го дви­га­те­ля, вы­те­кая из не­го на­ру­жу и та­ким об­ра­зом соз­да­вая ре­ак­тив­ную тя­гу.
     Один из та­ких про­ек­тов опи­сан в сбор­ни­ке «Но­вое в во­ен­ной тех­ни­ке», вы­пу­щен­ном в 1958 го­ду.
     Его ав­то­ры предс­тав­ля­ли ра­ке­ту в ви­де ком­би­ни­ро­ван­но­го атом­но-хи­ми­чес­ко­го пя­тис­ту­пен­ча­то­го но­си­те­ля, где пер­вой стар­то­вой сту­пенью яв­ля­лась хи­ми­чес­кая ра­ке­та из се­ми жид­ко­ст­ных дви­га­те­лей, ра­бо­та­ю­щих на кис­ло­ро­де и во­до­ро­де. Ба­ки с топ­ли­вом пер­вой сту­пе­ни слу­жи­ли за­щит­ной эк­ра­ни­ров­кой вто­рой сту­пе­ни, где на­хо­дил­ся ре­ак­тор атом­ной ра­ке­ты. Третья сту­пень и пос­ле­ду­ю­щие пос­ле атом­ной так­же бы­ли на хи­ми­чес­ком топ­ли­ве. Их за­па­сы топ­ли­ва обес­пе­чи­ва­ли за­щи­ту эки­па­жа, на­хо­дя­ще­го­ся в го­лов­ной час­ти сос­тав­ной ра­ке­ты. По мне­нию конструк­то­ров, вклю­чен­ный атом­ный дви­га­тель на зна­чи­тель­ной вы­со­те уже не предс­тав­лял опас­нос­ти, а от­де­лив­ша­я­ся вто­рая сту­пень с ре­ак­то­ром по ис­те­че­нии не­ко­то­ро­го вре­ме­ни, за­мед­лив свое дви­же­ние, долж­на бы­ла по­пасть в бо­лее плот­ные слои ат­мос­фе­ры и сго­реть.
     Сог­лас­но рас­чё­там уран-гра­фи­то­вый ре­ак­тор атом­ной сту­пе­ни обес­пе­чи­вал бы ско­рость ис­те­че­ния га­зов не ни­же 10000 м/сек . В ка­че­ст­ве ра­бо­че­го ве­ще­ст­ва ис­поль­зо­вал­ся ам­ми­ак. При этом ко­неч­ная ско­рость пос­лед­ней сту­пе­ни долж­на дос­ти­гать 20450 м/сек . Вес ша­ро­об­раз­ной ка­би­ны с эки­па­жем (то есть по­лез­ная наг­руз­ка) – не ме­нее 1,4 тон­ны.
     По прог­рам­ме «Ро­вер», в 1961 го­ду на­ча­лась раз­ра­бот­ка ядер­но­го ра­кет­но­го дви­га­те­ля «НЕР­ВА» (NERVA), пред­наз­на­чен­но­го для лёт­ных ис­пы­та­ний. В том же го­ду бы­ли на­ча­ты ра­бо­ты и по ра­ке­те, пред­наз­на­чен­ной для ис­пы­та­ний дви­га­те­ля «НЕР­ВА» и по­лу­чив­шей наз­ва­ние «Рифт» (Rift). Од­на­ко впос­ле­д­ствии ра­бо­ты по этой ра­ке­те, ко­то­рую пред­по­ла­га­лось ис­поль­зо­вать в ка­че­ст­ве верх­ней сту­пе­ни кос­ми­чес­кой ра­ке­ты-но­си­те­ля «Са­турн-5» (Про­ект «Apollo-X»), бы­ли прек­ра­ще­ны.

     Пер­вые эта­пы ра­бо­ты по дви­га­те­лю «НЕР­ВА» ба­зи­ро­ва­лись на ре­ак­то­ре, из­го­тов­лен­ном в нес­коль­ких мо­ди­фи­ка­ци­ях фир­мой «Вес­тин­га­уз», по­лу­чив­шем обоз­на­че­ние NRX. Ис­пы­та­ния ре­ак­то­ров на­ча­лись в 1964 го­ду, и в них бы­ла дос­тиг­ну­та мощ­ность в 1000 МВт, тя­га при­мер­но в 22,5 тон­ны и ско­рость ис­те­че­ния бо­лее 7000 м/сек . В хо­де ис­пы­та­ний, про­дол­жав­ших­ся в 1965 го­ду, один из ре­ак­то­ров ра­бо­тал на пол­ной мощ­нос­ти 1100 МВт в те­че­ние при­мер­но 16,5 ми­ну­ты; ско­рость ис­те­че­ния сос­та­ви­ла 7500 м/сек .
     В 1966 го­ду впер­вые бы­ло про­из­ве­де­но ис­пы­та­ние все­го дви­га­те­ля с ре­ак­то­ром на пол­ной мощ­нос­ти; в пер­вой се­рии этих ис­пы­та­ний дви­га­тель ра­бо­тал в те­че­ние 110 ми­нут, из ко­то­рых 28 ми­нут на пол­ной мощ­нос­ти; теп­ло­вая мощ­ность ре­ак­то­ра дос­ти­га­ла 1100 МВт, мак­си­маль­ная тем­пе­ра­ту­ра во­до­ро­да на вы­хо­де из ре­ак­то­ра – при­мер­но 2000°С, тя­га дви­га­те­ля – 20 тонн.
     В 1963 го­ду Лос-Ала­мо­с­ская ла­бо­ра­то­рия на­ча­ла раз­ра­бот­ку но­вых усо­вер­ше­н­ство­ван­ных твер­до­фаз­ных гра­фи­то­вых ре­ак­то­ров для дви­га­те­ля «НЕР­ВА» по прог­рам­ме «Феб» (Feb).
     Пер­вый из этих ре­ак­то­ров «Феб-1» име­ет ди­а­метр 81,3 сан­ти­мет­ра, дли­ну 1,395 мет­ра. На ба­зе это­го ре­ак­то­ра пла­ни­ро­ва­лось соз­дать дви­га­тель «НЕР­ВА-1».
     Бо­лее позд­няя мо­ди­фи­ка­ция «Феб-2» мощ­ностью по­ряд­ка 4000-5000 МВт бы­ла пред­наз­на­че­на для ис­поль­зо­ва­ния на лет­ном ва­ри­ан­те дви­га­те­ля «НЕР­ВА-2». Этот дви­га­тель с тя­гой в ди­а­па­зо­не 90-110 тонн дол­жен был иметь ис­ход­ное зна­че­ние ско­рос­ти ис­те­че­ния 8250 м/сек  (с пос­ле­ду­ю­щим уве­ли­че­ни­ем до 9000 м/сек ). Вы­со­та дви­га­те­ля рав­на при­мер­но 12 мет­рам, на­руж­ный ди­а­метр (по кор­пу­су ре­ак­то­ра) – 1,8 мет­ра. Рас­ход во­до­ро­да для дви­га­те­ля с ре­ак­то­ром «Феб-1» сос­тав­ля­ет 32-34 кг/с, с «Феб-2» – 136кг/с. Вес дви­га­те­ля «НЕР­ВА-2» сос­тав­лял при­мер­но 13,6 тон­ны.
     В фев­ра­ле 1967 г. бы­ли про­ве­де­ны стен­до­вые ис­пы­та­ния ре­ак­то­ра «Феб-1», а ре­ак­то­ра «Феб-2»– в ию­не 1968 го­да. Пос­лед­ний ра­бо­тал бо­лее ча­са, при­чем 12 ми­нут– на теп­ло­вой мощ­нос­ти 4200 МВт. Од­на­ко из-за фи­нан­со­вых труд­нос­тей на пер­вом же эта­пе конструк­то­ры от­ка­за­лись от схе­мы с ис­поль­зо­ва­ни­ем дви­га­те­ля «НЕР­ВА-2» и пе­рек­лю­чи­лись на про­ек­ти­ро­ва­ние дви­га­те­ля «НЕР­ВА-1» по­вы­шен­ной мощ­нос­ти. Та­кой дви­га­тель дли­ной 9 мет­ров дол­жен был иметь тя­гу 34 тон­ны и ско­рость ис­те­че­ния 8250м/сек  с дли­тель­ностью ра­бо­ты до 50 ми­нут. Ис­пы­та­ние ре­ак­то­ра NRX-A6, под­го­тов­лен­но­го для этой прог­рам­мы, бы­ло про­ве­де­но 15 де­каб­ря 1967 го­да. В ию­не 1969 го­да сос­то­я­лись пер­вые го­ря­чие ис­пы­та­ния экс­пе­ри­мен­таль­но­го дви­га­те­ля NERVA XE-1 на тя­ге 22,7 тон­ны.
     Кста­ти ска­зать, во вре­мя ис­пы­та­ния ре­ак­то­ра «Феб-2» он был ок­ру­жён за­щит­ным эк­ра­ном тол­щи­ной око­ло 1,8 мет­ра, а так­же дру­гим эк­ра­ном, в ко­то­ром меж­ду стен­ка­ми вы­со­той 4,6 мет­ра из алю­ми­ни­е­во­го спла­ва тек­ла смесь бор­ной кис­ло­ты и бу­ры, хо­ро­шо пог­ло­ща­ю­щая нейт­рон­ное и гам­ма-из­лу­че­ние. Нес­мот­ря на эту вну­ши­тель­ную би­о­ло­ги­чес­кую за­щи­ту, уп­рав­ле­ние ре­ак­то­ром про­из­во­ди­лось дис­тан­ци­он­но с пунк­та уп­рав­ле­ния, от­не­сён­но­го на рас­сто­я­ние при­мер­но 3,2 ки­ло­мет­ра.
     Хо­тя ре­ак­тор ти­па «Феб» в прин­ци­пе ана­ло­ги­чен по уст­рой­ству гра­фи­то­вым ядер­ным ре­ак­то­рам атом­ных элект­рос­тан­ций и под­ло­док, тре­бо­ва­ние мак­си­маль­но­го умень­ше­ния ве­са и раз­ме­ров при од­нов­ре­мен­ном рез­ком по­вы­ше­нии мощ­нос­ти, а так­же осо­бен­нос­ти при­ме­не­ния ре­ак­то­ра в ядер­ном ра­кет­ном дви­га­те­ле ра­ди­каль­но ме­ня­ют конструк­цию ре­ак­то­ра. Эти раз­ли­чия свя­за­ны с конструк­ци­ей ак­тив­ной зо­ны, сис­те­мой по­да­чи ра­бо­че­го ве­ще­ст­ва-ох­ла­ди­те­ля, конструк­ци­ей от­ра­жа­те­ля нейт­ро­нов, сис­те­мой ре­гу­ли­ро­ва­ния мощ­нос­ти. В част­нос­ти, нап­ри­мер, ав­то­ма­ти­чес­кая сис­те­ма уп­рав­ле­ния и ре­гу­ли­ро­ва­ния обес­пе­чи­ва­ла воз­мож­ность ос­та­нов­ки и пов­тор­но­го за­пус­ка ре­ак­то­ра, ко­то­рые, кста­ти ска­зать, долж­ны вы­пол­нять­ся го­раз­до быст­рее, чем в обыч­ных ста­ци­о­нар­ных ре­ак­то­рах: ес­ли обыч­ные ре­ак­то­ры вклю­ча­ют­ся в те­че­ние нес­коль­ких дней, а, то и не­дель, то ра­кет­ный – в счи­тан­ные се­кун­ды.
     Аме­ри­ка­нс­кие конструк­то­ры, ра­бо­тав­шие по прог­рам­ме «Ро­вер», пред­по­ла­га­ли соз­дать на ба­зе ядер­но­го ра­кет­но­го дви­га­те­ля «НЕР­ВА-2» сво­е­об­раз­ную стан­да­рт­ную ядер­ную сту­пень, с по­мощью ко­то­рой мож­но бы­ло бы стро­ить са­мые раз­лич­ные ра­кет­но-кос­ми­чес­кие сис­те­мы. При ус­та­нов­ке стан­да­рт­ной ядер­ной вмес­то обыч­ной треть­ей сту­пе­ни кос­ми­чес­кой ра­ке­ты-но­си­те­ля «Са­турн-5» (Про­ект Apollo-X) в слу­чае по­лё­та кос­мо­нав­тов с вы­сад­кой на Лу­не по­лез­ный груз мо­жет быть уве­ли­чен на 65-100%, а к Мар­су мо­жет быть вы­ве­ден по­лез­ный груз в 26 тонн.
     Для пи­ло­ти­ру­е­мо­го по­лё­та на Марс, прак­ти­чес­ки не­о­су­ще­ст­ви­мо­го с по­мощью сов­ре­мен­ных хи­ми­чес­ких ра­кет, пред­по­ла­га­лось ис­поль­зо­вать пять стан­да­рт­ных ядер­ных сту­пе­ней: связ­ку из трёх та­ких сту­пе­ней – в ка­че­ст­ве пер­вой сту­пе­ни трёхс­ту­пен­ча­той ра­ке­ты-но­си­те­ля, и по од­ной та­кой же сту­пе­ни– для вто­рой и треть­ей сту­пе­ней. Сбор­ка по­доб­ной ядер­ной ра­ке­ты долж­на бы­ла про­из­во­дить­ся на око­ло­зем­ной ор­би­те. Сам по­лёт к Мар­су мог сос­то­ять­ся уже в 1985 го­ду.
     Все эти ам­би­ци­оз­ные пла­ны ос­та­лись на бу­ма­ге. Пос­ле то­го как Аме­ри­ка вы­иг­ра­ла «лун­ную гон­ку», ин­те­рес к перс­пек­тив­ным ис­сле­до­ва­ни­ям в об­лас­ти пи­ло­ти­ру­е­мой кос­мо­нав­ти­ки стал быст­ро уга­сать. Та­ких де­нег, ко­то­рые в своё вре­мя бы­ли вы­де­ле­ны на прог­рам­му «Апол­лон», в каз­не Со­е­ди­нён­ных Шта­тов боль­ше не наш­лось, к то­му же сле­до­ва­ло ре­шать те­ку­щие за­да­чи по ос­во­е­нию око­ло­зем­но­го прост­ра­н­ства, и к на­ча­лу 70-х го­дов прог­рам­ма по соз­да­нию ЯРД ти­па «НЕР­ВА» бы­ла зак­ры­та.

В Со­ве­тс­ком Со­ю­зе
     В СССР ра­бо­ты над ядер­ны­ми ра­кет­ны­ми дви­га­те­ля­ми на­ча­лись в се­ре­ди­не 50-х го­дов. В НИИ-1 (на­уч­ный ру­ко­во­ди­тель Мстис­лав Кел­дыш) ини­ци­а­то­ром и ру­ко­во­ди­те­лем ра­бот по ЯРД был Ви­та­лий Иев­лев. В 1957 го­ду он сде­лал по этой те­ме со­об­ще­ние Иго­рю Кур­ча­то­ву, Ана­то­лию Алек­са­нд­ро­ву и Алек­са­нд­ру Лей­пу­нс­ко­му. Это бы­ли лю­ди действия, имев­шие воз­мож­ность при­ни­мать ре­ше­ния, не ожи­дая ука­за­ний свер­ху. По их ини­ци­а­ти­ве на Се­ми­па­ла­ти­нс­ком ядер­ном по­ли­го­не в не­бы­ва­ло ко­рот­кий срок был со­ору­жен уни­каль­ный гра­фи­то­вый ре­ак­тор. Пер­вые ус­пе­хи под­то­лк­ну­ли к сле­ду­ю­щим ша­гам по соз­да­нию ЯРД. Ис­сле­до­ва­тельс­кие ра­бо­ты по этой те­ме бы­ли на­ча­ты в Инс­ти­ту­те атом­ной энер­гии у Кур­ча­то­ва, в ОКБ-456 у Глушко, в НИИ-1 у Кел­ды­ша и в ОКБ-670 у Бон­да­рю­ка. 30 ию­ня 1958 го­да по­я­ви­лось пер­вое пос­та­нов­ле­ние ЦК КПСС и Со­ве­та Ми­ни­ст­ров о раз­ра­бот­ке тя­жё­лой ра­ке­ты, ис­поль­зу­ю­щей ЯРД, Этим же пос­та­нов­ле­ни­ем пре­дус­мат­ри­ва­лась раз­ра­бот­ка тя­жё­лых ра­кет с ис­поль­зо­ва­ни­ем ЖРД на кри­о­ген­ных вы­со­ко­э­нер­ге­ти­чес­ких ком­по­нен­тах – кис­ло­ро­де и во­до­ро­де. В под­го­тов­ке пос­та­нов­ле­ния ак­тив­но участ­во­ва­ли Кур­ча­тов, Ко­ро­лёв, Кел­дыш и Глуш­ко.
     Уже са­мый пер­вый ана­лиз по­ка­зал, что сре­ди мно­же­ст­ва воз­мож­ных схем кос­ми­чес­ких ядер­ных энер­год­ви­га­тель­ных ус­та­но­вок на­и­боль­шие перс­пек­ти­вы име­ют три: с твер­до­фаз­ным ядер­ным ре­ак­то­ром, с га­зо­фаз­ным ядер­ным ре­ак­то­ром, элект­ро­я­дер­ные ра­кет­ные ЭДУ. Схе­мы от­ли­ча­лись прин­ци­пи­аль­но; по каж­дой из них на­ме­ти­ли нес­коль­ко ва­ри­ан­тов для раз­вёр­ты­ва­ния те­о­ре­ти­чес­ких и экс­пе­ри­мен­таль­ных ра­бот.
Прин­ци­пы ра­бо­ты ЯРД не вы­зы­ва­ли сом­не­ний. Од­на­ко конструк­тив­ное вы­пол­не­ние (и ха­рак­те­рис­ти­ки) его во мно­гом за­ви­се­ли от «серд­ца» дви­га­те­ля – ядер­но­го ре­ак­то­ра и оп­ре­де­ля­лись преж­де все­го его «на­чин­кой» – ак­тив­ной зо­ной.
     Под­дер­жан­ный пос­та­нов­ле­ни­я­ми пра­ви­тель­ства, НИИ-1 стро­ил элект­ро­ду­го­вые стен­ды, не­из­мен­но по­ра­жав­шие во­об­ра­же­ние, – де­сят­ки бал­ло­нов от 6 до 8 мет­ров вы­со­той, гро­мад­ные го­ри­зон­таль­ные ка­ме­ры мощ­ностью свы­ше 80 кВт, бро­не­вые стек­ла в бок­сах. Участ­ни­ков со­ве­ща­ний вдох­нов­ля­ли кра­соч­ные пла­ка­ты со схе­ма­ми по­ле­тов к Лу­не, Мар­су и звёз­дам. Пред­по­ла­га­лось, что в про­цес­се соз­да­ния и ис­пы­та­ний ЯРД бу­дут ре­ше­ны воп­ро­сы конструк­то­рс­ко­го, тех­но­ло­ги­чес­ко­го, фи­зи­чес­ко­го пла­на.
     Ле­том 1959 го­да сот­руд­ни­ки НИИ-1 Ви­та­лий Иев­лев и Юрий Трес­кин до­ло­жи­ли о пос­та­нов­ке экс­пе­ри­мен­та на ре­ак­то­ре «ИГР», пер­вый за­пуск ко­то­ро­го сос­то­ял­ся в 1961 го­ду.
     «1 ию­ля 1965 го­ду был рас­смот­рен эс­киз­ный про­ект ре­ак­то­ра «ИР-20-100» для бу­ду­ще­го ядер­но­го дви­га­те­ля «РД-0410». Куль­ми­на­ци­ей стал вы­пуск техп­ро­ек­та теп­ло­вы­де­ля­ю­щих сбо­рок «ИР-100» (1967 год), сос­то­я­щих из 100 стерж­ней.
     «Ра­кет­ная» часть «РД-0410» бы­ла раз­ра­бо­та­на в во­ро­не­жс­ком Конструк­то­рс­ком бю­ро хи­ми­чес­кой ав­то­ма­ти­ки (КБХА), «ре­ак­тор­ная» (нейт­рон­ный ре­ак­тор и воп­ро­сы ра­ди­а­ци­он­ной бе­зо­пас­нос­ти) – Инс­ти­ту­том фи­зи­ки и энер­гии (Об­нинск) и Кур­ча­то­вс­ким инс­ти­ту­том атом­ной энер­гии.
     За пять лет, с 1966 по 1971 год, бы­ли соз­да­ны ос­но­вы тех­но­ло­гии ре­ак­то­ров-дви­га­те­лей, а ещё че­рез нес­коль­ко лет бы­ла вве­де­на в действие мощ­ная экс­пе­ри­мен­таль­ная ба­за под наз­ва­ни­ем «экс­пе­ди­ция № 10» (впос­ле­д­ствии– опыт­ная экс­пе­ди­ция НПО «Луч» на Се­ми­па­ла­ти­нс­ком ядер­ном по­ли­го­не).
     Осо­бые труд­нос­ти встре­ти­лись при ис­пы­та­ни­ях. Обыч­ные стен­ды для за­пус­ка пол­но­ма­сш­таб­но­го ЯРД ис­поль­зо­вать бы­ло не­воз­мож­но из-за ра­ди­а­ции. Ис­пы­та­ния ре­ак­то­ра ре­ши­ли про­во­дить на атом­ном по­ли­го­не в Се­ми­па­ла­ти­нс­ке, а «ра­кет­ной час­ти» – в НИИ-хим­маш (За­горск, ны­не – Сер­ги­ев По­сад).
     Для изу­че­ния внут­ри­ка­мерных про­цес­сов бы­ло вы­пол­не­но бо­лее 250 ис­пы­та­ний на 30 «хо­лод­ных дви­га­те­лях» (без ре­ак­то­ра). В ка­че­ст­ве мо­дель­но­го наг­ре­ва­тель­но­го эле­мен­та ис­поль­зо­ва­лась ка­ме­ра сго­ра­ния кис­ло­род­но-во­до­род­но­го ЖРД конструк­ции Иса­е­ва. Мак­си­маль­ное вре­мя на­ра­бот­ки сос­та­ви­ло 13000 се­кунд при объ­яв­лен­ном ре­сур­се в 3600 се­кунд.
     В про­цес­се ис­пы­та­ний уда­лись мак­си­маль­ная тя­га в 3528 ки­лог­рам­мов и ско­рость ис­те­че­ния – 9000 м/сек .
     Пе­ред экс­пе­ри­мен­таль­ным за­пус­ком ре­ак­тор опус­кал­ся в шах­ту с по­мощью ус­та­нов­лен­но­го на по­ве­рх­нос­ти коз­ло­во­го кра­на. Пос­ле за­пус­ка ре­ак­то­ра во­до­род пос­ту­пал сни­зу в «ко­тёл», рас­ка­лял­ся до 3000°К и ог­нен­ной стру­ёй вы­ры­вал­ся из шах­ты на­ру­жу. Нес­мот­ря на нез­на­чи­тель­ную ра­ди­о­ак­тив­ность ис­те­ка­ю­щих га­зов, на­хо­дить­ся сна­ру­жи в ра­ди­у­се по­лу­то­ра ки­ло­мет­ров от мес­та ис­пы­та­ний в те­че­ние су­ток не раз­ре­ша­лось. К са­мой же шах­те нель­зя бы­ло под­хо­дить в те­че­ние ме­ся­ца. По­лу­то­ра­ки­ло­мет­ро­вый под­зем­ный тон­нель вел из бе­зо­пас­ной зо­ны сна­ча­ла к од­но­му бун­ке­ру, а из не­го – к дру­го­му, на­хо­дя­ще­му­ся воз­ле шахт. По этим сво­е­об­раз­ным «ко­ри­до­рам» и пе­ред­ви­га­лись спе­ци­а­лис­ты.
Ре­зуль­та­ты экс­пе­ри­мен­тов, про­ве­дён­ных с ре­ак­то­ром в 1978-1981 го­дах, подт­вер­ди­ли пра­виль­ность конст­рук­тив­ных ре­ше­ний. В прин­ци­пе ЯРД был соз­дан. Ос­та­ва­лось про­вес­ти комп­ле­кс­ные ис­пы­та­ния.
Од­на­ко дви­га­тель ос­тал­ся не­во­ст­ре­бо­ван­ным. Экс­пе­ди­цию на Лу­ну и Марс от­ме­ни­ли, а ис­поль­зо­вать «РД-0410» на око­ло­зем­ных ор­би­тах бы­ло нак­лад­но, да и прос­то опас­но.
---------------

Со­ве­тс­кие Ядер­ные дви­га­те­ли существуют­!
В ОКБ-1 Ко­ро­лёв по­ру­чил ис­сле­до­вать воз­мож­ность соз­да­ния ра­ке­ты с ЯРД Ва­си­лию Ми­ши­ну, Сер­гею Крю­ко­ву и Ми­ха­и­лу Мель­ни­ко­ву. В те­че­ние 1959 го­да про­во­ди­лись рас­че­ты, при­кид­ки и ком­по­нов­ки раз­лич­ных ва­ри­ан­тов тя­жё­лых ра­кет-но­си­те­лей с кис­ло­род­но-во­до­род­ным ЖРД на пер­вой сту­пе­ни и с ЯРД на вто­рой сту­пе­ни.
В эс­киз­ном про­ек­те бы­ли обс­то­я­тель­но рас­смот­ре­ны нес­коль­ко ва­ри­ан­тов ра­кет с ЯРД. Са­мой впе­чат­ля­ю­щей бы­ла «су­пер­ра­ке­та» дли­ной 64 мет­ра, ди­а­мет­ром 9 мет­ров, со стар­то­вой мас­сой 2000 тонн и мас­сой по­лез­но­го гру­за до 150 тонн на ор­би­те ИСЗ. На пер­вой сту­пе­ни этой «су­пер­ра­ке­ты» пред­ла­га­лось ус­та­но­вить та­кое чис­ло ЖРД, что­бы по­лу­чить об­щую стар­то­вую тя­гу в 3000 тонн. В про­ек­те пре­дус­мат­ри­ва­лись толь­ко кис­ло­род­но-ке­ро­си­но­вые ЖРД Ни­ко­лая Куз­не­цо­ва. У не­го по­ка в на­чаль­ной ста­дии раз­ра­бот­ки на­хо­дил­ся дви­га­тель «НК-9» для пер­вой сту­пе­ни гло­баль­ной ра­ке­ты «ГР-1» – тя­гой до 60 тонн. Та­ких дви­га­те­лей для пер­вой сту­пе­ни ра­ке­ты с ЯРД тре­бо­ва­лось 50 (!). Од­но это де­ла­ло про­ект ядер­ной «су­пер­ра­ке­ты» ма­ло­ре­аль­ным.
Эс­киз­ным про­ек­том для на­ча­ла пред­ла­га­лась ком­би­ни­ро­ван­ная ра­ке­та со стар­то­вой мас­сой 850-880 тонн, вы­во­дя­щая на ор­би­ту вы­со­той 300 ки­ло­мет­ров по­лез­ный груз 35-40 тонн. Пер­вая сту­пень ра­ке­ты при­ни­ма­лась ана­ло­гич­ной блоч­ной конструк­ции ра­ке­ты «Р-7» и на­би­ра­лась из шес­ти бло­ков с ЖРД. Цент­раль­ный блок был ядер­но-хи­ми­чес­кой ра­ке­той.

-----------------

Звез­до­лёт с тер­мо­я­дер­ным дви­га­те­лем
     Ре­ак­ции, в хо­де ко­то­рых про­ис­хо­дит сли­я­ние прос­тых атом­ных ядер в бо­лее слож­ные, то есть син­тез ядер, но­сят наз­ва­ние тер­мо­я­дер­ных. Имен­но они яв­ля­ют­ся ис­точ­ни­ком ко­лос­саль­ной энер­гии, из­лу­ча­е­мой звёз­да­ми, в том чис­ле и на­шим Солн­цем. В этой звёзд­ной ре­ак­ции че­ты­ре яд­ра во­до­ро­да, сли­ва­ясь, об­ра­зу­ют од­но яд­ро ато­ма ге­лия. В этом слу­чае вы­де­ля­ет­ся ог­ром­ная энер­гия. Од­на­ко на­у­ке уда­лось по­ка ис­ку­с­ствен­но осу­ще­ст­вить толь­ко тер­мо­я­дер­ные ре­ак­ции взрыв­но­го ха­рак­те­ра – они ис­поль­зу­ют­ся в так на­зы­ва­е­мом во­до­род­ном атом­ном ору­жии. В нап­рав­ле­нии осу­ще­с­твле­ния уп­рав­ля­е­мых тер­мо­я­дер­ных ре­ак­ций, ко­то­рые мог­ли бы быть по­ло­же­ны в ос­но­ву ядер­ной энер­ге­ти­ки, и сейчас в нашей стране ве­дут­ся ин­тен­сив­ные ис­сле­до­ва­ния.
     Как из­ве­ст­но, в ос­но­ву всех этих ис­сле­до­ва­ний по­ло­же­на блес­тя­щая мысль со­ве­тс­ких фи­зи­ков Анд­рея Са­ха­ро­ва и Иго­ря Там­ма, выс­ка­зан­ная ими ещё в 1960 го­ду, об ис­поль­зо­ва­нии так на­зы­ва­е­мой «маг­нит­ной бу­тыл­ки» для со­дер­жа­ния в ней рас­ка­лён­ной плаз­мы, в ко­то­рой долж­на ид­ти тер­мо­я­дер­ная ре­ак­ция. Что­бы эта ре­ак­ция пош­ла, плаз­му нуж­но наг­реть до не­мыс­ли­мой тем­пе­ра­ту­ры в сот­ни мил­ли­о­нов гра­ду­сов, а за­тем удер­жать её в этом сос­то­я­нии некоторое вре­мя; изо­ля­ция сте­нок ре­ак­то­ра от кон­так­та с плаз­мой (та­кой кон­такт смер­те­лен не толь­ко для сте­нок, но и для са­мой ре­ак­ции, что го­раз­до ху­же) мо­жет быть осу­ще­с­твле­на толь­ко с по­мощью мощ­но­го маг­нит­но­го по­ля. Кста­ти ска­зать, для соз­да­ния та­ко­го по­ля при­дёт­ся, ве­ро­ят­но, ис­поль­зо­вать элект­ро­маг­ни­ты со свер­хпро­во­дя­щей об­мот­кой, нап­ри­мер из вана­дий-гал­ли­е­во­го спла­ва, так как ина­че зат­ра­та элект­ро­э­нер­гии бу­дет чрез­мер­но боль­шой.
     Глав­ная труд­ность на пу­ти прак­ти­чес­кой ре­а­ли­за­ции этой сме­лой идеи свя­за­на с фе­но­ме­наль­ной не­ус­той­чи­востью плаз­мен­но­го шну­ра, и имен­но в этом нап­рав­ле­нии ве­дут­ся ос­нов­ные ис­сле­до­ва­ния рос­сийс­ких и за­ру­беж­ных учё­ных. На­шим учё­ным уда­лось по­лу­чить «дол­го­жи­ву­щую» плаз­му тем­пе­ра­ту­рой в нес­коль­ко мил­ли­о­нов гра­ду­сов, что поз­во­ля­ет на­де­ять­ся на ус­пеш­ное ре­ше­ние в бу­ду­щем этой слож­ней­шей на­уч­ной и ин­же­нер­ной за­да­чи, име­ю­щей столь боль­шое зна­че­ние для су­деб че­ло­ве­че­ст­ва, что его труд­но пе­ре­о­це­нить. Од­на­ко по­ка эта за­да­ча не ре­ше­на, и кос­мо­навти­ка ог­ра­ни­чи­ва­ет­ся лишь раз­лич­ны­ми те­о­ре­ти­чес­ки­ми ис­сле­до­ва­ни­я­ми и пред­ва­ри­тель­ны­ми про­е­кт­ны­ми раз­ра­бот­ка­ми тер­мо­я­дер­ных ра­кет, по­ка­зы­ва­ю­щи­ми, сколь важ­на мо­жет быть их роль в бу­ду­щем ос­во­е­нии кос­ми­чес­ко­го прост­ра­н­ства.
     На­у­ке из­ве­ст­ны раз­лич­ные ти­пы тер­мо­я­дер­ных ре­ак­ций, ко­то­рые мог­ли бы най­ти при­ме­не­ние в кос­ми­чес­ких тер­мо­я­дер­ных ра­кет­ных дви­га­те­лях бу­ду­ще­го, нап­ри­мер ре­ак­ции син­те­за ядер дей­те­рия, дей­те­рия и три­тия, дей­те­рия и ге­лия-3. Счи­та­ет­ся, что на­и­бо­лее под­хо­дя­щей для этой це­ли яв­ля­ет­ся пос­лед­няя ре­ак­ция, пос­коль­ку она не свя­за­на с из­лу­че­ни­ем нейт­ро­нов и по­то­му не тре­бу­ет осо­бо тя­жё­лой за­щит­ной эк­ра­ни­ров­ки ре­ак­то­ра.
     Наг­ре­тое до ог­ром­ных тем­пе­ра­тур ра­бо­чее ве­ще­ст­во долж­но вы­те­кать в тер­мо­я­дер­ном ра­кет­ном дви­га­те­ле из ре­ак­то­ра че­рез «гор­лыш­ко» маг­нит­ной бу­тыл­ки, соз­да­вая ре­ак­тив­ную струю. В прин­ци­пе прос­то, но о конструк­ции та­ко­го дви­га­те­ля го­во­рить по­ка ра­но, хо­тя на стра­ни­цах за­ру­беж­ной пе­ча­ти мож­но най­ти раз­лич­ные бо­лее или ме­нее де­таль­но про­ра­бо­тан­ные про­ек­ты по­доб­но­го ро­да.
     Пред­ва­ри­тель­ные ис­сле­до­ва­ния по­ка­зы­ва­ют, что по­доб­ный дви­га­тель дол­жен об­ла­дать со­вер­шен­но уни­каль­ны­ми ха­рак­те­рис­ти­ка­ми: при тя­ге 180 тонн и мас­се око­ло 3 тонн (при­мер­но эти па­ра­мет­ры ха­рак­тер­ны для во­до­род­но-кис­лород­но­го дви­га­те­ля аме­ри­ка­нс­кой сис­те­мы «Спейс Шаттл») он бу­дет раз­ви­вать ско­рость ис­те­че­ния 180000 м/сек . За­ме­тим для срав­не­ния, что удель­ный им­пульс ядер­ных ра­кет­ных дви­га­те­лях с твер­дой ак­тив­ной зо­ной и во­до­ро­дом в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го те­ла не пре­вы­ша­ет 9000м/сек, а с га­зо­об­раз­ной (плаз­мен­ной) ак­тив­ной зо­ной – 25000 м/сек .
     Итак, дви­га­те­ли, соз­дан­ные на ба­зе тер­мо­я­дер­ных ре­ак­то­ров, яв­ля­ют­ся прин­ци­пи­аль­но но­вым ша­гом на пу­ти раз­ви­тия кос­ми­чес­ких тя­го­вых сис­тем. Эти дви­га­те­ли поз­во­лят че­ло­ве­ку, в под­лин­ном смыс­ле сло­ва, стать хо­зя­и­ном Сол­неч­ной сис­те­мы, дос­тиг­нуть её са­мых уда­лён­ных пла­нет (Ура­на, Неп­ту­на, Плу­то­на), со­вер­шить по­лё­ты за пре­де­лы эк­лип­ти­ки, ор­га­ни­зо­вать даль­ние экс­пе­ди­ции в межз­вё­зд­ное прост­ра­н­ство, на­ла­дить пос­то­ян­ную транс­по­рт­ную связь меж­ду пла­не­та­ми зем­ной груп­пы (Марс, Зем­ля, Ве­не­ра), ор­га­ни­зо­вать по­се­ще­ние спут­ни­ков Юпи­те­ра, Са­тур­на, а глав­ное – пе­рей­ти к соз­да­нию пер­вых тя­го­вых сис­тем, ха­рак­тер­ных для кос­ми­чес­ких ци­ви­ли­за­ций.

---------------------

Справка из энциклопедии  «Космонавтика»  

     Са­мую низ­кую тем­пе­ра­ту­ру, при ко­то­рой на­чи­на­ет про­те­кать ре­ак­ция син­те­за лёг­ких ядер (~ 108 K), име­ет смесь тя­жё­лых изо­то­пов во­до­ро­да – дей­те­рия и три­тия. Кро­ме то­го, ре­ак­ция их син­те­за од­на из на­и­бо­лее эф­фек­ти­ных. Од­на­ко толь­ко 20% энер­гии этой ре­ак­ции при­хо­дит­ся на яд­ра ге­лия, за­дер­жи­ва­ю­щи­е­ся в тер­мо­я­дер­ной плаз­ме; ос­таль­ная энер­гия уно­сит­ся быст­ры­ми нейт­ро­на­ми – про­ни­ка­ю­щим из­лу­че­ни­ем, предс­тав­ля­ю­щим боль­шую ра­ди­а­ци­он­ную опас­ность. Не­об­хо­ди­мость ох­лаж­де­ния конструк­ции тер­мо­я­дер­ного ракетного дви­га­те­ля (ТЯРД) и дру­гих эле­мен­тов кос­ми­чес­ко­го ко­раб­ля, наг­ре­ва­е­мых этим из­лу­че­ни­ем, су­ще­ст­вен­но ог­ра­ни­чи­ва­ет зна­че­ние дос­ти­жи­мо­го удель­но­го им­пуль­са ТЯРД. В от­но­ше­нии ис­поль­зо­ва­ния вы­де­ля­ю­щей­ся энер­гии удоб­на эф­фек­тив­ная ре­ак­ция дей­те­рия с лёг­ким изо­то­пом ге­лия, про­дук­та­ми ко­то­рой яв­ля­ют­ся яд­ра обыч­ных ге­лия и во­до­ро­да. Од­на­ко эта ре­ак­ция ини­ци­иру­ет­ся лишь при тем­пе­ра­ту­ре в нес­коль­ко со­тен мил­ли­о­нов гра­ду­сов Кельвина.
     При ис­поль­зо­ва­нии в ТЯРД маг­нит­но­го спо­со­ба удер­жа­ния плаз­мы он бу­дет ра­бо­тать, ве­ро­ят­но, в ста­ци­о­нар­ном ре­жи­ме. В слу­чае инер­ци­он­но­го удер­жа­ния ре­ак­ция син­те­за долж­на про­те­кать в ви­де пос­ле­до­ва­тель­ных крат­ков­ре­мен­ных им­пуль­соввзры­вов (ини­ци­иру­е­мых, нап­ри­мер, мощ­ным ла­зер­ным лу­чом), и ТЯРД, вы­пол­нен­ный по прин­ци­пу им­пульс­но­го ядер­но­го ра­кет­но­го дви­га­те­ля, мо­жет ока­зать­ся бо­лее эф­фек­тив­ным и прос­тым в осу­ще­с­твле­нии. Су­ще­ст­ву­ю­щие оцен­ки жи­да­е­мых зна­че­ний па­ра­мет­ров ТЯРД и тер­мо­я­дер­ных дви­га­тель­ных ус­та­но­вок пред­ва­ри­тель­ны и раз­ли­ча­ют­ся на нес­коль­ко по­ряд­ков в за­ви­си­мос­ти от схе­мы ТЯРД и ис­ход­ных пред­по­сы­лок. Удель­ный им­пульс из­ме­ня­ет­ся от нес­коль­ких де­сят­ков км/с (ТЯРД с наг­ре­вом ра­бо­че­го те­ла – во­до­ро­да) до 1000 км/с и бо­лее (ги­по­те­ти­чес­кий ТЯРД, соз­да­ю­щий тя­гу за счёт ис­те­че­ния тер­мо­я­дер­ной плаз­мы).
     Энциклопедия «Космонавтика», 1985 Москва, издательство «Советская энциклопедия»

----------------

Фо­тон­ный звездолёт
     Дру­гим спо­со­бом соз­да­ния тя­ги яв­ля­ет­ся фо­тон­ная ра­ке­та. Прин­цип её ра­бо­ты до­воль­но прост. Ес­ли на кос­ми­чес­ком ко­раб­ле на­хо­дит­ся мощ­ный ис­точ­ник све­то­вых (или ка­ких-ли­бо иных элект­ро­маг­нит­ных) волн, то, по­сы­лая их в од­ну сто­ро­ну, мож­но, как и в слу­чае с час­тицами ве­ще­ст­ва, соз­дать си­лу, дви­жу­щую ко­рабль в дру­гую – про­ти­во­по­лож­ную сто­ро­ну. Эта дви­жу­щая си­ла, или тя­га, яв­ля­ет­ся ре­ак­ци­ей фо­то­нов, выб­ра­сы­ва­е­мых ис­точ­ни­ком све­та на ко­раб­ле, точ­но так же как воз­ни­ка­ет по­доб­ная ре­ак­ция при от­ра­же­нии сол­неч­ных лу­чей «зер­каль­ным па­ру­сом».

  
     Ни­чем не от­ли­ча­лась бы она по су­ще­ст­ву и от тя­ги лю­бо­го ре­ак­тив­но­го дви­га­те­ля, за иск­лю­че­ни­ем то­го, что, как ука­зы­ва­лось вы­ше, в них ре­ак­тив­ная тя­га соз­да­ёт­ся вы­те­ка­ю­щи­ми час­ти­ца­ми ве­ще­ст­ва, а в на­шем слу­чае та­ки­ми же «вы­те­ка­ю­щи­ми» фо­то­на­ми.
     Этот дви­га­тель от­ли­ча­ет­ся от тра­ди­ци­он­ных ещё и тем, что ско­рость «ис­те­че­ния» из не­го «ра­бо­че­го ве­ще­ст­ва» зна­чи­тель­но боль­ше. Ма­ло то­го, это во­об­ще на­и­боль­шая воз­мож­ная ско­рость «ис­те­че­ния», ибо считается, что не су­ще­ст­ву­ет в при­ро­де ско­рос­ти, боль­шей ско­рос­ти све­та. Та­ким об­ра­зом, фо­тон­ный дви­га­тель яв­ля­ет­ся как бы иде­аль­ным, пре­дель­но воз­мож­ным.
     К со­жа­ле­нию, фо­тон­ные ра­ке­ты мо­гут быть при­ме­не­ны толь­ко для по­лё­тов на очень боль­шие рас­сто­я­ния – нап­ри­мер к дру­гим звёз­дам. Их тя­га так ма­ла, что толь­ко в очень дли­тель­ном и, сле­до­ва­тель­но, даль­нем по­лё­те фо­тон­ная ра­ке­та мо­жет дос­тичь дос­та­точ­но боль­шой ско­рос­ти.
     По­нят­но, что из­лу­ча­тель фо­тон­но­го дви­га­те­ля дол­жен от­ли­чать­ся от обыч­но­го про­жек­то­ра не толь­ко раз­ме­ра­ми. Ус­та­но­ви­те сколь угод­но боль­шой про­жек­тор или сколь­ко угод­но мно­го та­ких про­жек­то­ров на кос­ми­чес­кой ра­ке­те, и вы не по­лу­чи­те нуж­но­го ре­зуль­та­та – тя­га та­ко­го фо­тон­но­го дви­га­те­ля бу­дет нич­тож­но ма­лой по срав­не­нию с его мас­сой. Что­бы уве­ли­чить тя­гу, нуж­но из­лу­чать го­раз­до боль­ше энер­гии, чем это в сос­то­я­нии сде­лать прос­той про­жек­тор. Ведь энер­гия, из­лу­ча­е­мая рас­ка­лён­ной по­ве­рх­ностью, за­ви­сит от тем­пе­ра­ту­ры по­ве­рх­нос­ти. Но как бы ни бы­ла рас­ка­ле­на твёр­дая по­ве­рх­ность, её тем­пе­ра­ту­ра бу­дет во всех слу­ча­ях зна­чи­тель­но мень­ше тем­пе­ра­ту­ры по­ве­рх­нос­ти Солн­ца (она рав­на, как из­ве­ст­но, при­мер­но 5500°С).
     Луч­ше по­дой­дут, ес­те­ст­вен­но, рас­ка­лён­ные га­зо­вые и в осо­бен­нос­ти плаз­мен­ные из­лу­ча­те­ли (так, Зен­гер пред­ло­жил плаз­мен­ный из­лу­ча­тель с тем­пе­ра­ту­рой 150000°К). Од­на­ко тут воз­ни­ка­ют дру­гие труд­нос­ти, по­ми­мо свя­зан­ных с уст­рой­ством и эксплу­а­та­ци­ей вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных ис­точ­ни­ков из­лу­че­ния. С рос­том тем­пе­ра­ту­ры из­ме­ня­ет­ся (уве­ли­чи­ва­ет­ся) час­то­та из­лу­че­ния, то есть ха­рак­тер из­лу­ча­е­мых кван­тов энер­гии. Уве­ли­че­ние энер­гии кван­та свя­за­но с умень­ше­ни­ем его дли­ны вол­ны (ведь квант – это сво­е­об­раз­ная час­ти­ца, час­ти­ца-вол­на), то есть из­лу­че­ние ста­но­вит­ся всё бо­лее ко­рот­ко­вол­но­вым. Воз­рас­та­ет чис­ло кван­тов ульт­ра­фи­о­ле­то­во­го све­та и рент­ге­но­вс­ко­го из­лу­че­ния, ста­но­вя­ще­го­ся всё бо­лее жёст­ким. Ког­да тем­пе­ра­ту­ра ста­но­вит­ся столь боль­шой, что на­чи­на­ют ид­ти ядер­ные ре­ак­ции, то по­яв­ля­ет­ся и гам­ма-из­лу­че­ние. Но от­ра­же­ние та­ких ко­рот­ко­вол­но­вых лу­чей неп­рос­тая за­да­ча: эти лу­чи, как из­ве­ст­но, с лёг­костью про­хо­дят че­рез ве­ще­ст­во. По­э­то­му ока­зы­ва­ет­ся не­об­хо­ди­мым соз­да­ние прин­ци­пи­аль­но иных «зер­кал» вмес­то обыч­но­го реф­лек­то­ра.
     В част­нос­ти, для это­го пред­ло­же­ны та­кие не­о­быч­ные ме­то­ды, как ис­поль­зо­ва­ние «элект­рон­ных» или «плаз­мен­ных зер­кал» в ви­де ста­би­ли­зо­ван­но­го плот­но­го об­ла­ка элект­ро­нов или плаз­мы. Из­ве­ст­но ведь, что ко­рот­ко­вол­но­вые лу­чи пос­те­пен­но пре­лом­ля­ют­ся и на­ко­нец от­ра­жа­ют­ся от элект­роп­ро­во­дя­щей сре­ды. Од­на­ко что­бы соз­дать та­кое элект­рон­ное или плаз­мен­ное об­ла­ко, нуж­ны ко­лос­саль­ные дав­ле­ния, на­по­до­бие воз­ни­ка­ю­щих при атом­ном взры­ве. Долж­но быть ре­ше­но не­ма­ло и дру­гих слож­ней­ших проб­лем. Так, нап­ри­мер, от­ку­да звез­до­лёт бу­дет чер­пать энер­гию, не­об­хо­ди­мую для пи­та­ния фо­тон­но­го дви­га­те­ля? Со­вер­шен­но яс­но, что хи­ми­чес­кая энер­гия для это­го неп­ри­год­на. Но да­же в мил­ли­о­ны раз бо’ль­шая энер­гия де­ле­ния ато­мов ура­на в этом слу­чае так­же не­дос­та­точ­на. С по­мощью энер­гии тер­мо­я­дер­ных ре­ак­ций мож­но бы­ло бы, по­жа­луй, осу­ще­ст­вить прос­тей­ший из межз­вё­зд­ных пе­ре­ле­тов. Но толь­ко пол­ное ис­поль­зо­ва­ние по­тен­ци­аль­ной энер­гии ве­ще­ст­ва в сос­то­я­нии ре­шить проб­ле­му межз­вё­зд­но­го по­лё­та фо­тон­ной ра­ке­ты.
     Но как мож­но се­бе предс­та­вить выс­во­бож­де­ние всей энер­гии, зак­лю­чен­ной в ве­ще­ст­ве? Из­ве­ст­ны ли на­у­ке ме­то­ды та­ко­го выс­во­бож­де­ния?
Есть по край­ней ме­ре один та­кой путь, уже ос­во­ен­ный на­у­кой. Он свя­зан с яв­ле­ни­ем «ан­ни­ги­ля­ции» ве­ще­ст­ва, то есть с про­цес­сом столк­но­ве­ния эле­мен­тар­ной час­ти­цы ве­ще­ст­ва, нап­ри­мер элект­ро­на, с её так на­зы­ва­е­мой ан­ти­час­ти­цей, в дан­ном слу­чае по­зит­ро­ном. При та­ком столк­но­ве­нии обе час­ти­цы «ан­ни­ги­ли­ру­ют» – ис­че­за­ют с од­нов­ре­мен­ным вы­де­ле­ни­ем энер­гии, мас­са ко­то­рой в точ­нос­ти рав­на мас­се ис­чез­нув­ших час­тиц. Элект­рон и по­зит­рон поч­ти во всем оди­на­ко­вы, за иск­лю­че­ни­ем зна­ка элект­ри­чес­ко­го за­ря­да, в дру­гих слу­ча­ях час­ти­ца и ан­ти­час­ти­ца раз­ли­ча­ют­ся и ины­ми свой­ства­ми. Пред­по­ла­га­ет­ся, что мо­жет су­ще­ст­во­вать, или действи­тель­но су­ще­ст­ву­ет, ве­ще­ст­во (его на­зы­ва­ют иног­да ан­ти­ве­ще­ст­вом), сос­то­я­щее из ан­ти­час­тиц, ко­то­рое по всем сво­им фи­зи­ко-хи­ми­чес­ким свой­ствам не от­ли­ча­ет­ся от обыч­но­го ве­ще­ст­ва.
     Вы­де­ле­ние энер­гии в про­цес­сах ан­ни­ги­ля­ции свя­за­но с рож­де­ни­ем фо­то­нов боль­шей или мень­шей энер­гии. Вот по­че­му иде­аль­ным звез­до­лё­том бы­ла бы ан­ни­ги­ля­ци­он­ная фо­тон­ная ра­ке­та с пол­ным вы­де­ле­ни­ем в ней по­тен­ци­аль­ной (иног­да её на­зы­ва­ют «эйнштей­но­вс­кой») энер­гии ве­ще­ст­ва. В та­кой ра­ке­те в фо­ку­се от­ра­жа­те­ля дол­жен на­хо­дить­ся «ан­ни­ги­ля­тор», в ко­то­рый из двух раз­лич­ных ба­ков пос­ту­па­ли бы ве­ще­ст­во и ан­ти­ве­ще­ст­во. Об­ра­зу­ю­щий­ся в про­цес­се ан­ни­ги­ля­ции мощ­ней­ший по­ток фо­то­нов или дру­гих элект­ро­маг­нит­ных кван­тов, отб­ро­шен­ный на­зад от­ра­жа­те­лем, и соз­да­вал бы не­об­хо­ди­мую для по­лё­та тя­гу.
     Лег­ко ви­деть, что в нас­то­я­щее вре­мя речь мо­жет ид­ти лишь о те­о­ре­ти­чес­кой идее фо­тон­ной ра­ке­ты. Ведь по­ка ещё ник­то не «ви­дел» ан­ти­ве­ще­ст­во, не­из­ве­ст­но, как его хра­нить и по­да­вать в ан­ни­ги­ля­тор, не­из­ве­ст­но, ка­ким дол­жен быть от­ра­жа­тель фо­то­нов и так да­лее.
     Нес­мот­ря на оби­лие прин­ци­пи­аль­ных не­яс­нос­тей, свя­зан­ных с ре­а­ли­за­ци­ей идеи фо­тон­ной ра­ке­ты, са­ма эта идея вы­зы­ва­ет боль­шой ин­те­рес. Это не слу­чай­но, ведь та­кая ра­ке­та– иде­аль­ное сред­ство для межз­вё­зд­ных пе­ре­лё­тов.
     Но да­же для фо­тон­ной ра­ке­ты по­доб­ный пе­ре­лёт свя­зан с ко­лос­саль­ной зат­ра­той «ра­бо­че­го ве­ще­ст­ва». Так, для по­лё­та про­дол­жи­тель­ностью 30-40 лет в фо­тон­ном дви­га­те­ле при­дёт­ся «сжечь» в све­то­вую энер­гию при­мер­но 10 мил­ли­ар­дов тонн ве­ще­ст­ва! Вы­де­лив­шей­ся при этом энер­гии хва­ти­ло бы для расп­лав­ле­ния обо­лоч­ки зем­но­го ша­ра на глу­би­ну в сот­ни ки­ло­мет­ров. Не уди­ви­тель­но, что иног­да пред­ла­га­ют, что­бы фо­тон­ный звез­до­лёт, отп­рав­ля­ясь в свой да­ле­кий путь, зах­ва­ты­вал с со­бой в ка­че­ст­ве «топ­ли­ва» ка­кой-ни­будь ас­те­ро­ид.

------------------

Справка из эн­цик­ло­пе­дии «Кос­мо­нав­ти­ка»

    Фо­тон­ный ра­кет­ный дви­га­тель (ФРД), ани­ги­ля­ци­он­ный ра­кет­ный дви­га­тель, кван­то­вый ра­кет­ный дви­га­тель– ги­по­те­ти­чес­кий РД, тя­га ео­то­ро­го соз­да­ёт­ся нап­рав­лен­ным ис­те­че­ни­ем фо­то­нов (кван­тов элект­ро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния) – час­тиц, не име­ю­щих мас­сы по­коя и дви­жу­щих­ся со ско­ростью све­та (приблизительно равна 3 х 10 в 8-й степени м/с). Обыч­но ФРД отож­де­с­твля­ет­ся с РД, ра­бо­та­ю­щем на гтпо­те­ти­чес­ком ан­ни­ги­ля­ци­он­ном топ­ли­ве. В иде­аль­ном слу­чае удель­ный им­пульс ан­ни­ги­ля­ци­он­но­го ФРД на­хо­дит­ся в пре­де­лах 0,5 – 1 с, что нам­но­го пре­вы­ша­ет воз­мож­нос­ти всех дру­гих РД.
    Ан­ни­ги­ля­ци­он­ный ФРД обес­пе­чи­ва­ет прин­ци­пи­аль­ную воз­мож­ность межз­вё­зд­ных экс­пе­ди­ций. ФРД для этой це­ли дол­жен раз­ви­вать тя­гу на уров­не круп­ней­ших сов­ре­мен­ных жид­ко­ст­ных ра­кет­ных дви­га­те­лей (ЖРД) и ра­кет­ных дви­га­те­лей твёр­до­го топ­ли­ва (РДТТ) и в то же вре­мя ра­бо­тать в те­че­ние мно­гих ме­ся­цев, по­доб­но элект­ро­тер­ми­чес­ко­му ра­кет­но­му дви­га­те­лю (ЭРД).
    Ре­ак­тив­ная струя та­ко­го ФРД предс­тав­ля­ла бы боль­шую опас­ность для ок­ру­жа­ю­щей сре­ды. Соз­да­ние ФРД в обоз­ри­мом бу­ду­щем не предс­тав­ля­ет­ся воз­мож­ным: со­вер­шен­но не из­ве­ст­ны ме­то­ды по­лу­че­ния и хра­не­ния дос­та­точ­ных ко­ли­честв ан­ти­ве­ще­ст­ва, спо­со­бы фо­ку­си­ров­ки фо­то­нов вы­со­кой энер­гии (предс­тав­ля­ю­щих со­бой про­ни­ка­ю­щее гам­ма-из­лу­че­ние) ли­бо спо­со­бы пре­об­ра­зо­ва­ния ис­ход­ных фо­то­нов в све­то­вое из­лу­че­ние, ко­то­рое мог­ло бы фо­ку­си­ро­вать­ся при по­мощт зер­кал и так да­лее.
    Эн­цик­ло­пе­дия «Кос­мо­нав­ти­ка», 1985. Моск­ва, из­да­тель­ство «Со­ве­тс­кая эн­цик­ло­пе­дия»

--------------------

МЕЖЗ­ВЁ­ЗД­НЫЕ ЭКС­ПЕ­ДИ­ЦИИ

Про­ект Orion

     Про­ра­бо­тан­ных про­ек­тов межз­вё­зд­ных экс­пе­ди­ций не­м­но­го, ведь мы ещё не изу­чи­ли бли­жай­шие пла­не­ты – тем не ме­нее они есть. В то вре­мя, ког­да, кос­ми­чес­кая гон­ка толь­ко на­чи­на­лась, в США на­чал раз­ра­ба­ты­вать­ся про­ект кос­ми­чес­ко­го ко­раб­ля, спо­соб­но­го дос­та­вить экс­пе­ди­цию из 60 че­ло­век к лю­бой из пла­нет Сол­неч­ной сис­те­мы или да­же к бли­жай­шим звёз­дам. Этот про­ект на­зы­вал­ся «Ори­он» (Orion). Ос­но­вой про­ек­та бы­ла ядер­но-им­пульс­ная ра­ке­та взрыв­но­го ти­па. Схе­ма её дви­же­ния выг­ля­де­ла так. Кос­ми­чес­кий ко­рабль снаб­жа­ет­ся мощ­ной сталь­ной пли­той, ус­та­нав­ли­ва­е­мой за кор­мой. Взрыв­ные уст­рой­ства (ядер­ные бом­бы) мощ­ностью по­ряд­ка од­ной ки­ло­тон­ны долж­ны выб­ра­сы­вать­ся спе­ци­аль­ным уст­рой­ством из ко­раб­ля на­зад че­рез оп­ре­де­лён­ные ин­тер­ва­лы вре­ме­ни и взры­вать­ся в 60 мет­рах от пли­ты.