Если внимательно посмотреть на картину развития технических достижений в различных сферах, будь то транспорт, энергетика, космонавтика и пр., то можно понять, что век химического топлива далеко еще не закончился. И хотя электро-автопром уже наступает на пятки ДВС, все же таких машин пока мало. А все, кто находился в дали от благ цивилизации поймут, насколько удобен бывает бензогенератор, а порой даже незаменим. А любая бензопила, например, или бензотриммер позволяют не чувствовать себя привязанным к одному месту электропроводом. Это реалии нашей жизни.
В космонавтике дело обстоит не лучше. Пока не найдено эффективной альтернативы химическим двигателям для вывода кораблей на орбиту. Как бы ни прискорбно это не звучало, но наши сегодняшние пилотируемые и беспилотные миссии летают на керогазах, при этом нанося вред среде обитания, в которой мы пребываем.
Ракеты на жидком и твердом топливе пока не получили достойной замены. Космические задачи пока выполняются ракетоносителями на этом виде топлива. Само топливо, его производство, заправка, обходятся дорого. Хранение и компоновка топливных баков занимают большие объемы и вес (на заправленном РН это порой больше 80% веса всей ракеты). Химическое топливо требуется в немалых объемах не только для старта, но и для корректировки орбиты, гравитационных маневров, стыковок возврата миссий и других задач.
Конечно же ни о каких полетах в межзвездном пространстве и речи быть не может. Химическое топливо очень ограничивает возможности дальних межзвездных перелетов. На сегодняшний день максимум чего удалось достичь, это перелет к границам Солнечной системы и выход за ее пределы (миссия Пионер 10 и 11; миссия Вояджер 1 и 2) Этим аппаратам была сообщена 3-я космическая скорость и они ушли в межзвездное пространство. Вполне понятно, что для достижения даже ближайших звезд никакого химического топлива не хватит. При таких технологиях и скоростях ближайших звездных систем такие аппараты смогут достичь не ранее чем через 100 тыс. лет. Преодолеть триллионы километров не сможет даже несколько поколений людей.
Есть ли на сегодняшний день решение этого вопроса? Из нескольких основных идей двигателей обозримого будущего пока успешно применялись только ионный и плазменный двигатели. Из-за небольшой тяги, но надежности и долговечности ионный двигатель используется в космонавтике не как основной. В основном «ионники» служат для торможения, корректировки орбит, гравитационных маневров и т.п. Для набора крейсерской скорости на межпланетных переходах таким двигателям требуется достаточное время. EmDrive или электромагнитный двигатель. Представляет собой магнетрон, помещенный в цилиндрический корпус особой геометрии.
Создатель этого двигателя британский инженер Роджер Шаер. Продуктивность такого двигателя оставалась под вопросом, однако испытания показали его низкую (практически нулевую) действенность. Такая установка вызывает много споров в научном мире и на сегодняшний день пока остается в зоне далеких перспектив.
Термоядерный двигатель. Этот вариант выглядит очень перспективным, т. к. по своей тяге даже превосходит химические двигатели. С применением таких двигателей Солнечная система станет для человека гораздо ближе во всех отношениях. Но у этого вида производства энергии есть несколько серьезных проблем на сегодняшний день – взять под контроль термоядерный синтез ученым до сих пор не удалось. Эти разработки пока носят теоретический характер. На практике их никто не осуществлял, даже в виде наземных испытаний. Отработанных технологий на сегодняшний день не существует. Сырьевая база в виде Гелия-3 находится на Луне и разработкой никто не занимался.
Паруса. Солнечный и электрический. Пока успешные испытания прошел только солнечный парус. Но несмотря на это широкого применения не получил. Большей частью из-за больших размеров, массы, возможности получить повреждения от метеоритов и космического мусора. Для транспортировки в околоземное пространство необходима складная конструкция, которая требует развертывания больших площадей.
Из-за удаления от источника света эффективность такого устройства заметно снижается. Электрический парус внешне мало похож на солнечный, он вместо светооталкивающего полотнища имеет металлические радиальные антенны. Принцип тот же – отталкивание от светового потока. Из достоинств это его более широкий функционал. Электропарус может двигаться не только от источника света, но и к нему. Из недостатков – в несколько сот раз меньшая тяга, чем у солнечного. Это устройство является перспективной разработкой финского инженера Пекки Янхунена и привлекло внимание многих космических агентств.
Плазменные двигатели уже применялись в некоторых миссиях советской космонавтики как неосновные. По своей мощности они превосходят ионные, но при этом их мощности не хватает для того, чтобы вывести корабль на орбиту. Имеют неплохие перспективы в различных сегментах космонавтики. Подробнее об этом здесь.
Двигатель на антиматерии. Это довольно сложное для сегодняшней стадии технического развития устройство. Основано на взаимодействии материи и антиматерии, и их аннигиляции. Существует пока только в теории. Остаются открытыми много вопросов о хранении антиматерии, управления аннигиляцией и пр. Протонный двигатель – теоретическая разработка Бассарда действительно привлекательна.
На первый взгляд, но при детальном анализе при производстве и эксплуатации возникают технологические трудности. Из-за некоторых особенностей скорость движения ограничена 37 км/сек. На сегодняшний день производство невозможно из-за дороговизны и отсутствия некоторых компонентов на настоящем этапе технологического развития.
Пока это основные идеи для реализации полетов и освоения космоса, которые может на сегодняшний день предложить наука. Но даже при возможности создания двигателя, который сможет разогнать космический корабль до световых и околосветовых скоростей, появятся новые проблемы, которые придется решать. И это не избавит людей от долгосрочного пребывания в космическом пространстве. Познание новых сфер мироздания откроют еще большую область неизведанного. Например, мы не знаем и не можем предположить, как на световых скоростях будет вести себя жидкость, как будет работать физиология человека и его сознание. Как и по каким принципам будут работать приборы навигации и ориентирования. Как по теории Эйнштейна будет протекать время. В теории оно должно замедляться, но как это будет на самом деле – мы можем только предполагать.
Скорость света на сегодняшний день самая высокая скорость известная в природе. Свет имеет двоякую природу. Несмотря на его огромную скорость в нашем понимании, он двигается достаточно медленно в масштабах вселенной. Свет беспрепятственно преодолевает огромные пространства, хотя есть факторы, влияющие на его скорость и прямолинейность. Но свет в силу своей природы неосязаем. Проходя через газово-пылевое облако свет может рассеяться. Что будет с космическим кораблем, который на световой скорости войдет в такое облако. Понятно, что в силу изложенных причин обнаружить посторонние объекты на пути следования посредством радиолокации будет просто невозможно. А это значит, что понадобятся технологии, изменяющие саму структуру пространства.
В любом случае мы становимся перед необходимостью создания какого-то нового сверх мощного источника восполняемой энергии, который сможет обеспечить все необходимые нужды экипажей и технические потребности миссий. В настоящий момент нашего технического развития это стало краеугольным камнем. Именно эта причина не позволяет в полной мере реализовать амбиции пытливых умов жаждущих заглянуть за горизонт познания.
