Глава пятая. Все про кочегарку

И действительно, капитан на следующий день представил нас «главному кочегару», и мы упросили его показать нам его хозяйство и рассказать.

Капитан был большим и дородным мужчиной, а «кочегар» был маленьким, смешливым и черным, т.е. негром. Мы спустились вниз по лифту в самый низ корабля, куда уже «Посторонних просят не беспокоить», и зашли в его кабинет.

Кабинет у него был заставлен какими-то железками, приборами, паяльниками, в общем, больше напоминал мастерскую жестянщика, чем кабинет «главного инженера термоядерной двигательной установки космического лайнера дальнего летания». Он кое-как расчистил несколько стульев от всякого хлама и усадил нас.

– Сначала я вам расскажу, а затем покажу, что можно. Увы, друзья, показать много нельзя, в топке миллионы градусов и миллиарды рентген радиации, так что в глазок не посмотришь.

Он подошел к черной грифельной доске и начал так.

– Что такое ракетный двигатель? Ну, кто скажет? Отвечу сам. Кто задает вопросы, тот и должен на них отвечать, не так ли, мэм? Ракетный двигатель – эго устройство преобразования энергии топлива в импульс рабочего тела. Вот самое общее, как говорят у нас на Алабаме, представление. На ракету загружают топливо, которое хранит в себе в скрытом состоянии какую-то энергию. В ракетном двигателе эта энергия освобождается и преобразуется импульс рабочего тело, вылетающего из ракеты. Этот импульс рабочего тело и двигает ракету.

Первые ракеты были на химическом топливе. Химическая энергия в двигателе освобождалась и превращалась в импульс, направленное движение рабочего тело, каковым были сами продукты химической реакции топлива. Таким образом, не требовалось иметь особого рабочего тело, а отработанное топливо удалялось из ракеты, так как оно и было рабочим телом. Это был весьма совершенный двигатель с точки зрения принципов его действия. Такие двигатели, в которых само топливо преобразовывается в рабочее тело, назвали «двигателями прямого действия». И космонавтика началась на химических ракетных двигателях. На химическом ракетном двигателе запускался первый спутник, на нем взлетал Юрий Гагарин, с их помощью автоматические ракеты обследовали значительную часть Солнечной системы. На нем даже был совершен и единственный полет к Марсу. Инерциальная космонавтика развивалась на химических ракетных двигателях. Но когда встал вопрос о переходе к весомой космонавтике, то стало ясно, что тут химические ракетные двигатели не пригодны. Причина была в слишком малом запасе энергии, который содержит в себе химическое топливо. А мало энергии – мал и импульс. Потому и работать они могли лишь очень короткое время, не более получаса. А нужно было создать двигатели, которые работал бы сутками.

И стало ясно, что нужно использовать другое, более энергоемкое топливо. И такое было известно – это ядерное топливо. В то время уже работали ядерные электростанции.

И первые попытки использовать ядерную энергию шли по пути использования энергии деления тяжелых элементов – урана, плутония и т.д. Но само топливо было твердым, тугоплавким и не могло быть использовано в качестве рабочего тела. Потому в таких ракетных двигателях использовалось специальное рабочее тело, обычно водород, который нагревался, ускорялся в ядерном реакторе двигателя и выбрасывался во внешнее пространство. Здесь мы имели уже двигатели «непрямого действия». Но быстро стала ясна порочность таких двигателей. Отработанное топливо оставалось на ракете и утяжеляло ее, большой скорости выброса рабочего вещества достичь не удавалось, потому что температура в ядерном реакторе ограничивалась характеристиками конструкции двигателя, которая не превышала двух тысяч градусов. Это было слишком мало.

И мысль ученых и конструкторов обратилась к другому типу ядерного топлива, в котором происходит уже реакция не деления, а синтеза. Это термоядерное топливо – дейтерий и тритий. При слиянии ядер дейтерия, трития или дейтерия с тритием выделалась большая внутриядерная энергия, причем никакой критической массы, в отличие от уранового топлива, в этой реакции не существовало, продукты реакции были легкими – это гелий, протоны и нейтроны, и они могли сами стать прекрасным рабочим телом. Таким образом, именно термоядерное топливо, в принципе, могло бы стать топливом ядерной ракеты прямого действия.

Но вопрос состоял в том, как запустить термоядерную реакцию? Ведь для этого требовалось нагреть само топливо до сотен миллионов градусов. Потому впервые термоядерную реакцию запустили в термоядерной бомбе, в которой нагрев до миллионов градусов создавался взрывом ядерной бомбы деления, т.е. урановой или плутониевой.

Но ясно, что для термоядерного ракетного двигателя этот способ не годился. При таком взрыве сама ракета испарилась бы в мгновение.

Над управляемым термоядерным синтезом ученые работали в течение многих десятилетий. Первая идея была предложена российским ученым Андреем Сахаровым. Для этого предлагалось создать специальные термоядерные установки, в которых термоядерное топливо нагревалось электрическими токами, а от преждевременного разлета вещества его удерживали магнитными полями. Были затрачены гигантские деньги, но все оказалось безрезультатным. Потому что сам реактор был чрезвычайно сложным по конструкции, ему требовался высокий вакуум, который к тому же на Земле чрезвычайно дорог и энергозатратен.

После этого появился еще один проект инициирования термоядерной реакции, но уже не в газе, а в микрокапсуле твердого термоядерного топлива, в качестве которого использовался дейтерид или тритид лития. Если такую капсулу быстро и сильно обжать со всех сторон, то в ней поднимется высокая температура, и произойдет термоядерная реакция между входящими в нее ядрами трития или дейтерия.

Для всестороннего обжатия предлагалось использовать лазер. Для этого стали строить многолучевые лазерные камеры, в центре которой помещалась капсула термоядерного топлива, и со всех сторон одновременно на нее пускались лазерные лучи большой мощности, и реакция, действительно, происходила.

Но и это оказалось бесполезным для термоядерного двигателя. Ведь камера закрыта со всех сторон и для образования реактивной струи не было условий. А стало ясно, что надо создавать термоядерную реакцию в центре открытой полусферы. Половина продуктов деления поглощалась бы самой твердой частью полусферы, а вторая половина свободно бы истекала в открытое пространство, создавая этим самым реактивную струю.

Первую идею предложил китайский физик Хун Вэн Бин, который был в то время аспирантом Московского госуниверситета. Его идея состояла в том, чтобы обжимать термоядерную таблетку не со всех сторон, а только с двух противоположных, причем использовать для этого два электрически заряженных луча частиц разной полярности. Один луч, примеру, электроны, а другой луч – ядра дейтерия или трития, которые заряжены положительно. Ударяя с двух сторон по топливной таблетке, они сжимают ее как за счет ударного воздействия, так и за счет электрического притяжения между ними. Происходило сжатие таблетки, и в ней возникала термоядерная реакция. Но тут же встала проблема, Ведь мы сжали ее только с двух сторон. Возможно, какая-то реакция и начнется, но большая часть вещества, не прореагировав, просто вылетит в поперечном направлении, ведь с этой стороны никаких удерживающих сил нет. Нужно было удержать вещество на какое-то время, пока оно не прореагирует, от разлета в поперечном направлении.

И вот тут Хун сделал гениальное предложение. Он предложил облучать мишень широкими пучками, так, чтобы они не только попадали на мишень, но и обтекали ее. А что это значит? Движение заряженных частиц друг относительно друга есть электрический ток. А как известно, электрический ток создает магнитное поле, которое и будет удерживать нагретое и ионизированное вещество некоторое время от разлета, в течение которого оно успеет прореагировать и уж после этого разлететься во все стороны. Причем часть продуктов реакции вылетает в открытое пространство, так как задняя полусфера теперь открыта, а часть поглощается в поглотителе, который занимает вторую полусферу со стороны корабля. Разлетающиеся частицы имеют температуру сотни миллионы градусов – сравните с температурой в две-три тысячи в химическом двигателе.

И такой двигатель был, в конце концов, создан, и сейчас мы с вами летит на ракете с двигателем московского аспиранта китайца Хун Вэн Бина.

Создание его потребовало гигантских научных и инженерных усилий, но именно благодаря нему стала возможна весомая космонавтика.

Перед началом полета термоядерное топливо составляет всего двадцать процентов веса корабля. Но это несколько сот водородных бомб. И вот за время полеты мы, фактически, эти сотни водородных бомб сжигаем. Какая гигантская энергия выделяется при этом. И лишь половина ее вылетает в космос, а вторую половину нужно уловить и каким-то образом вывести из корабля, потому что такой энергии кораблю не нужно. Часть энергии поглощается в поглотителе за счет ядерных реакций, а часть выводится через излучение, и для этого и служит юбочка в нижней части корабля, через которую циркулирует теплоноситель, раскаляя ее до нескольких тысяч градусов, и за счет излучения энергия уносится в космос.

Как конкретно устроен двигатель? Внизу у нас есть специальное подготовительное топливное отделение, в котором готовятся гранулы топлива массой в доли грамма, которые специальным устройством выстреливаются в полусферу двигателя. Синхронно с этим с противоположных точек полусферы подаются два импульса, один из ускоренных ядер дейтерия, а другой из ускоренных электронов, которые попадают на топливную гранулу и возбуждают в ней термоядерную реакцию, продукты которой через открытую полусферу вылетают в пространство. Пучки готовятся также в нижней части ракеты. Дейтерий ионизируется, затем электроны и ядра выводятся в собственные ускорители и затем подаются на поджиг мишени. Все очень тщательно синхронизировано. Полусфера поглотителя сделана из высокопрочного кристаллического материалы, она поглощает образующиеся при реакции ядра гелия и нейтроны за счет ядерных реакций. Через проходящие внутри поглотителя каналы циркулирует теплоноситель, который частично идет на выработку энергии для нужд корабля, а частично поступает на рассеивающее устройство, выводя избыток энергии в космос. Таким образом, наш двигатель, в отличие от химического, который работает в непрерывном режиме. имеет пульсирующего действие. Он связан с ракетой поглощающими пульсации амортизаторами, поэтому вы их и не ощущаете в корабле.

Ну, а показать я вам вряд ли что смогу. Все у нас происходит за толстыми стенами, которые защищают в частности вас, пассажиров, от радиации. Есть ли у моих гостей вопросы?

Тут сразу же вступил Саша.

– Капитан сказал нам, что управляется корабль изменением скорости вращения. Как это делается?

– Точка, в которой происходит реакция, лежит не строго на оси ракеты, а чуть смещена. Поэтому создается боковой импульс, который и вращает ракету. А чтобы изменить скорость вращения, мы можем в небольших пределах менять направление выстреливания мишени, тем самым увеличивая или уменьшая этот боковой импульс.

Я тоже задал вопрос.

– Скажите дядя кочегар… – тут все засмеялись и даже сам главный инженер, – вот мой папа работал на Луне на термоядерной электростанции. А как она устроена?

– Точно так же, как и наш двигатель, только он установлен не на космическом корабле, а на поверхности Луны, и вся энергия уже используется. В частности, в поглотитель лунной станции закладывается уран, а благодаря облучению из него получается плутоний, который уже везут на Землю для использования в земных ядерных станциях. И еще небольшая разница. У нас реакционная камера имеет вид полусферы, потому что это наиболее выгодно для получения максимальной тяги. А на Луне реакционная камера больше полусферы, примерно в три четверти сферы, чтобы большую часть продуктов реакции захватить, но одновременно и оставить большое окно для сообщения с открытым пространством для вылета продуктов реакции из камеры.

– А существуют такие станции на Земле?

– Нет. Там они работать не могут, потому что для работы ее нужен вакуум. А воздух будет препятствовать и поджигающим лучам, да и куда вы направите термоядерную струю температурой в сотни миллионов градусов. Нет, на атмосферных объектах такие станции работать не могут. Именно поэтому мы не можем приближаться слишком близко к Земле, и запускаем двигатели достаточно далеко от нее.

– А разве нельзя закрыть камеру со всех сторон и поглощать все излучение.

– Тогда после каждого взрыва придется долго откачивать эту камеру от продуктов реакции, а это дорого и неэффективно. А если нет атмосферы, то камера освобождается от продуктов реакции почти мгновенно и автоматически.

– Получается, что десятки лет ученые всего мира работали над плазменными термоядерными реакторами по идее Сахарова и затратили фантастические деньги впустую?

– Увы, это так. От ошибок наука, к сожалению, не застрахована.

Вот так мы узнали почти все о нашем корабле, и о его навигации и о его двигателе. А в остальном все было как в обычном многоквартирном доме. Лифты, которые тоже иногда ломались, и однажды мы десять минут просидели в сломавшемся лифте, канализация, которая тоже засорялась, ресторан, в котором вкусно кормили. Был и ларек с конфетами и всякими сувенирами, куда я часто тянул маму. И все остальное обычное на Земле, хотя мы были в космосе, потому больше корабль я описывать не буду. ДАЛЬШЕ>>