Ракеты в космосе

Самолеты, паровозы, теплоходы, электропоезда, автобусы… Пожалуй, не перечислить всех видов земного транспорта. В Космосе выбор более скромный. Точнее — выбора нет. Спутники, лунники, полет к Венере — это все подвиги известных ракетных двигателей. Но скоро им придется потесниться. В двери уже стучатся молодые соперники — ионные двигатели.

Они настолько необычны, что даже трудно подобрать сравнение. Представьте себе, что громадина дубенского синхрофазотрона выброшена в Космос. Конечно, на Земле трудно вообразить силу, способную даже просто сдвинуть с места это сооружение размером со стадион в Лужниках.
А вот в Космосе достаточно отдачи самих частиц, которые разгоняет этот ускоритель. Ведь в Космосе нет никакого сопротивления движению. (Это, разумеется, не означает, что и в самом деле нужно выбрасывать в Космос такие тяжести!)
В принципе любая ракета движется только за счет того, что выбрасывает из сопла продукты сгорания своего топлива с какой-то скоростью.
Абсолютно безразлично, выбросить ли много вещества с небольшой скоростью или немного, но сильно разогнав его. Эффект будет одинаковым. Естественно, что инженеры стараются увеличить
скорости истечения газов, ведь тогда топлива потребуется меньше и будет гораздо больше полезного груза.
Химические ракеты в этом отношении уже почти достигли своего потолка. Несколько километров в секунду — большего из них не выжмешь.
В ионных ракетах скорость истечения принципиально ограничена только скоростью света: быстрее не может двигаться ни одно материальное тело. Поэтому идея превратить ускоритель частиц в космический двигатель не удивит физика.
Итак, отправляется ионная ракета Земля-Нептун. Рывок — и корабль пробивает атмосферу, преодолевает земное тяготение. Ионные двигатели пока молчат: их тяга невелика. Но вот ракета наведена. Можно выключить двигатели, то есть смириться со взятым разгоном и лететь лет десять. Можно не смиряться: добавить химического топлива. Но тогда ракета станет великаном…
А можно так: в специальную сравнительно небольшую камеру устремится электрический ток.
От портативной атомной станции или прямо от Солнца при любезном содействии полупроводников. Задача очень простая: получить заряженные частицы и их разогнать.
В камере — пары цезия или рубидия. Такие «экстравагантные» материалы выбраны в качестве топлива по двум причинам. Во-первых, они массивны, их выгодно отбрасывать; во-вторых, это очень щедрые элементы — легко ионизуются, то есть легко отдают единственный электрон с внешней оболочки своего атома и становятся положительно заряженными ионами… Электрическое поле кольцевых, вытягивающих электродов непрерывно извлекает из ионного облака узкий пучок и швыряет его на ускоряющие электроды. Один за другим они как бы подхватывают пучок и разгоняют частицы до любой скорости. Остается только выбросить их через сопло в космическую пустоту.
Но тут приходится возвращать ионному пучку электроны. «Грабеж» не проходит безнаказанно. Если не вернуть электроны, то ионный хвост просто запрет своим собственным электрическим полем двигатель. Ведь одноименные заряды отталкиваются, и небольшое количество вылетевших ионов будет загонять назад следующие за ними.
Так что тот же синхрофазотрон в Космосе уехал бы не дальше, чем на Земле. Поэтому на выходе поток нейтрализуют — добавляют к ионам равное количество электронов. Осуществить это нетрудно: например, просто поставить сетку из вольфрамовой проволоки и раскалять ее электрическим током. С поверхности вольфрама будут испаряться электроны и смешиваться с ионами. Можно вернуть и электроны старые, конфискованные. Невидимый поток частиц бесшумно ускоряет ракету и быстро приближает цель. Будущее ионных ракет — большое и близкое.
Небольшие ионные двигатели, весом всего в каких-нибудь 30 — 70 килограммов, будут использоваться на спутниках для ориентации для перехода с одной орбиты на другую. При полетах на ближние планеты ионные ракеты скорее всего будут применяться как грузовые.
И вполне вероятно, что через десятки лет с помощью таких ракет будет построена первая обсерватория в марсианских горах.

Читайте также:
Рассекречена программа Аполлон.