Двигатели для межзвездных путешествий. Что нового?

Современные двигатели для космических аппаратов очень медленные для своих задач. Это звучит странно, все мы помним про достижение скорости в 60000 км/час одним из недавних аппаратов. Однако для преодоления космических расстояний это ничтожно мало.

Все современные двигатели принципиально недалеко ушли от воздушного шарика, который надули и отпустили в свободный полет. Пока в шарике есть топливо (сжатый воздух), от которого он может отталкиваться, полет продолжается.

Двигатели для межзвездных путешествий. Что нового?

Этот примитивный пример описывает реактивное движение. Топливо, выбрасываемое из сопла двигателя под давлением, толкает ракету вперед.

Современные двигатели за счет сочетания давления, температуры и особых химических реакций способны достичь удельного импульса около 450 секунд (напомню, что удельный импульс — это количество секунд, которое данный двигатель проработает на 1 килограмме топлива, создавая тягу в одну килограмм-силу), что соответствует скорости истечения рабочего тела (продуктов сгорания) в 4500 метров в секунду.

Таким образом, сама технология реактивных двигателей практически исчерпала себя. Быстрее на этих ракетах мы уже не полетим.

Мало что поменяет и межпланетный корабль с твердотельным ЯРД (ядерный ракетный двигатель), над разработкой которого весьма активно работали США и СССР в 1960е-1970е годы и технология которого получила новый импульс в связи с российскими идеями о новых межконтинентальных ракетах.

Полученный в 60-70е годы ХХ века на американском проекте NERVA и в испытаниях советского РД-0410 удельный импульс в районе 850-950 секунд, конечно, неплохо, но всё равно медленно и дорого, даже для полета на Марс.

Про космические и электрические паруса (мы готовим отдельную статью про них) пока пишут без особого энтузиазма, видимо, там тоже все тоскливо.

Однако появились (как минимум, теоретически) перспективные альтернативы, которых не ждали. О них и поговорим.

Первая альтернатива это EmDrive. Это устройство было впервые предложено британским инженером Роджером Шойером в 1999 году. Используемый в ней магнетрон генерирует микроволны, энергия их колебаний накапливается в резонаторе высокой добротности, и, по заявлениям автора, стоячая волна электромагнитных колебаний в замкнутом резонаторе специальной формы является источником тяги. Вне резонатора не испускается не только вещество, но и электромагнитное излучение; иными словами, EmDrive — не фотонный двигатель. Но даже если бы создаваемые магнетроном микроволны полностью излучались в одном направлении, полученная тяга была бы значительно меньше заявленной тяги EmDrive.

Двигатели для межзвездных путешествий. Что нового?
Роджер Шойер

В июле 2015 года были проведены испытания под руководством Мартина Таймара в Дрезденском техническом университете. Результаты не подтвердили, но и не опровергли работоспособность EmDrive.

В 2018 году были опубликованы новые результаты группы Мартина Таймара, согласно которым тяга, наблюдаемая в экспериментах с EmDrive (в том числе, видимо, экспериментах группы Eagleworks), связана скорее с недостаточным экранированием установки от магнитного поля Земли, чем с самой двигательной установкой: измерения показывали наличие небольшой тяги в одном и том же направлении даже при изменении ориентации установки или подавлении электромагнитных волн, поступающих в полость.

Похоже на "двигатель Шредингера", он вроде и работает, а вроде нет.

Второй возможный путь связан с двигателем профессора Джима Вудварда – MEGA (Mach-effect gravitational assist) – он работает несколько иначе. Вместо топлива он использует электричество, которое в космосе добывают солнечные панели или ядерный реактор. Под действием тока пьезоэлектрические кристаллы, которые запасают энергию, вибрируют со скоростью 10 000 колебаний в секунду. Синхронизация вибрации на определенных частотах заставляет небольшой аппарат потихоньку двигаться вперед, создавая небольшую тягу.

Двигатели для межзвездных путешествий. Что нового?
Джим Вудворд

В теории, работа обоих двигателей связана с действием принципа Маха, то есть на связи инерции и массы. Когда энергия объекта меняется, сама материя пространства и времени тоже меняется вокруг него. Другими словами, если часть объекта – в данном случае, элементы крошечных пьезоэлектрических дисков (MEGA) или генерирующий микроволны магнетрон (EmDrive) – одновременно меняют свою массу и энергию, объект теоретически может начать ускоряться.

На первый взгляд кажется, что принцип действия подобных двигателей противоречит закону сохранения импульса, однако тот факт, что разные группы ученых начинают искать способы "притянуть за уши" современную физическую теорию к этим устройствам, говорит о том, что нет дыма без огня. Похоже, найден какой-то эффект (скорее всего, квантовой природы), который позволит в ближайшем будущем создать новые типы космических двигателей.

По данным источников, скорость корабля с таким двигателем будет нарастать очень медленно, но постепенно достигнет околосветовых значений. Ядерный реактор сможет десятки лет обеспечивать двигатель энергией, так что если MEGA или EmDrive действительно работают, человек сможет добраться до соседних звезд в течение своей жизни.

Дорогие друзья, нам очень важна ваша поддержка - подпишитесь на канал. Спасибо за прочтение!