Нити Селения

Forwarded from На пути к Вавилону

Электромагнитный парус и прямоточный ионный двигатель.

Реактивное движение подразумевает необходимость постоянно избавляться от части веса корабля для получения импульса. Связь изменения скорости с начальной и конечной массой корабля описывает формула Циолковского. Зная несколько вводных, можно было бы, например, легко рассчитать, какую скорость получит морское судно, если его команда будет постоянно отбрасывать балласт с кормы. Очевидно, что даже в грубом приближении соотношение полученной скорости, количества балласта и экономической стоимости всей схемы окажется далеко не самым эффективным. Намного разумнее было бы отталкиваться от чего-то, что уже есть в окружающей среде. Именно для этого существуют паруса, передающие кинетическую энергию частиц (ветра) судну.

В космосе роль ветра играет ионизированное излучение Солнца. Его плотность довольно велика в пределах гелиосферы (и в межзвёздном пространстве, но там это уже продукт других звёзд). Космический аппарат, способный создавать внутри себя мощные токи, мог бы отклонять заряженные частицы за счёт силы Лоренца, тем самым получая импульс, равный изменению импульса отклонённой частицы. (Для людей, непогружённых в физику, может быть неочевиден тот факт, что третий закон Ньютона работает не только для взаимодействий типа "тело-тело", но и для взаимодействий типа "поле-тело". Сила, приложенная к телу со стороны поля, прилагается и к источнику поля, именно за счёт этого происходит замедление планет при гравитационных манёврах.)

При гипотетических перелётах в межзвёздной среде направление движения заряженных частиц не так очевидно. В этом случае можно было бы использовать прямоточный ионный двигатель. Суть его работы состоит в том, что аппарат ловит заряженные частицы со стороны носа, пропускает их через ускоряющую разность потенциалов внутри себя и "выплёвывает" с кормы, снова получая прибавку в импульсе, равную изменению импульса пойманной частицы. Такой двигатель мог бы эффективно работать в качестве маршевого, но был бы менее полезен в маневрировании.

Электромагнитные паруса и прямоточные двигатели, использующие заряженные частицы, обладают как рядом преимуществ, так и недостатков. Высокий потенциал для маневрирования магнитного паруса, набора скорости и торможения, перелёты на расстояния уровня межзвёздных за счёт бесконечного сырья прямоточного двигателя (импульс солнечного протона на много больше импульса фотона за счёт массы первого, что даёт существенное преимущество в наборе скорости перед световыми парусами). Однако существенным недостатком обоих схем является высокая потребность в энергии для индуцирования полей или разгона частиц. Вблизи Солнца можно использовать энергию света, но она будет ослабевать согласно закону обратных квадратов и станет ничтожно малой уже в поясе Койпера. Если же добавить в конструкцию аппарата аккумуляторы или химические источники тока, то их вес сам по себе невелирует преимущество паруса над химическим реактивным движением. Также не стоит забывать, что отклоняемые частицы будут излучать широкий диапазон электромагнитных волн, от видимых (корабль будет окружён сиянием, похожим на полярное), до радио, что значительно осложнит связь во время активных этапов работы. Проблема энергии может быть решена установкой на корабль РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор), генерирующего ток за счёт эффекта термопары или же другими, более экзотичными способами.

❤1

49 views04:18