Как будет работать термоядерный ракетный двигатель

Габариты Планетной системы и Метагалактики на столько огромны, что запуск ракеты на Луну, полёт на орбиту, нахождение пилотируемой орбитальной станции (МКС) во Вселенной – являются достижениями, но они малы для освоения данного пространства. Национальное управление по воздухоплаванию и исследованию космического пространства США ведет разработку нескольких реактивных моторов и двигателей, работающих на энергии центральной звезды солнечной системы. Всё это делается для возможности полёта на планеты, находящиеся на огромных расстояниях и к которым невозможно долететь на реактивных двигателях.

Пилотируемый космический аппарат с такой силовой установкой, как термоядерный ракетный двигатель, работающий на процессе ядерного синтеза, обязан создавать высокотемпературные реакции, происходящие в центре солнца. Энергия, вырабатываемая в двигателе при помощи реакций воссоздаёт импульс, при использовании таких установок, ракета имеет возможность долететь до Марса примерно за 90 дней, в сравнении со стандартными космическими аппаратами, которым необходимо 210 дней.

Как работает термоядерный синтез

Люди и планета Земля зависят от более 1 миллиона ядерных реакций процесса синтеза, происходящие ежесекундно в центре Солнца. Эти процессы необходимы для жизни, сияния, теплоты. Суть нитратного процесса синтеза – 2 атома H сталкиваются и получается более большой атом He – 4, в процессе этого He выпускает энергию.

Сущность этой реакции:

1. 2 протона вместе создают атом дейтерия, позитрон и нейтрино
2. Протон и атом дейтерия образуют атом He-3, состоящим из двух протонов и одного нейтрона, и луч-гамма
3. 2 атома He-3 вместе создают атом He-4, состоящим из двух протонов и двух нейтронов, также 2 протона

Ядерный синтез происходит при условии высокой температуры (несколько миллионов градусов) окружающей среды. Природным веществом для получения реакции нитратного процесса синтеза являются массивные газовые шары, излучающие свет (звезды), которые состоят из ионизированного газа. Частично или полностью ионизированный газ представляет собой плазму, её именуют 4-ым состоянием вещества. Плазма состоит из атомов, которые частично лишены электронов. Восемьдесят пять процентов энергии центральной звезды, солнечной системы создает реакция синтеза.

По причине высокого уровня тепла, который нужен для получения ионизированного газа, не получается эту плазму поместить в какой-либо контейнер, потому что человечество не знает такой материал из которого можно изготовить данный тип контейнера. Ионизированный газ отлично пропускает электричество и это способствует удержанию, управлению и ускорению плазмы при помощи силового поля. Космическое агентство США планирует в течении двадцати пяти лет возвести космический аппарат основной принцип работы, которого будет двигатель с процессом на ядерном синтезе.

Ниже приведены образцы проектов двигателей в основу работы которых заложен этот процесс.

Корабль на энергии синтеза

В связи с тем, что в процессе термоядерного синтеза освобождается большое количество энергии, ученые хотят найти возможность приспособить её к двигательной системе. Ракета, работающая на процессе ядерного синтеза сможет выдвинуть на несколько шагов вперед космическое агентство США в погоне за планету Марс. Такая ракета может уменьшит время полёта на Марс на пятьдесят процентов, а это в свою очередь сокращает действие излучения и микро гравитации.

Еще быстрее этой цели нам помог Варп Двигатель, возможностьпостроения которого сейчас исследуется в НАСА, но эта технология еще в столетиях от достижения своего потенциала.

Возведение космического аппарата, работающего на энергии процесса синтеза, равно строительству машины передвигающейся в 2 раза скоростнее любой машины Земле. В космическом кораблестроении эффективность применения горючего реактивным мотором измеряется удельной тягой. Одна сила тяги на одну силу пропеллента, используемая за определенное количество времени называется удельным импульсом.

Мотор, работающий на ядерном синтезе обладает удельной тягой больше чем в триста раз по сравнению с обычными химическими мотором. Стандартно химический мотор имеем тягу около 22 минут, это обозначает, что двигатель дает один кг импульса на один кг горючего за 22 минуты. Космический корабль на процессе синтеза обладает тягой в 139 часов. Такой космический корабль использует в качестве горючего элемент H и поэтому будет иметь возможность заполниться при полете по космосу. Элемент H находится в атмосферах большого количества планет, поэтому для процесса заправки кораблю необходимо только находится в атмосфере.

Космические корабли, работающие на ядерном синтезе обеспечивают большее количество притяжения по сравнению с химическими кораблями, у которых быстро сгорает горючее. При подобном двигателе можно будет долететь до самой дальней отметки планетной системы и за 2 года съездить на Марс с учетом возврата.

У агентства есть еще две программы по разработке технологии ядерного синтеза.

VASIMR – магнитоплазменный космический корабль с переменной удельной тягой

VASIMR – плазменный космический аппарат, предместник аппаратов на нитратном процессе синтеза. Двигатель у этого корабля делает ионизированный газ в очень жарких условиях и потом создает импульс. У такого двигателя 3 звена:

1. Переднее звено – инертное вещество, с помощью которого создается избыточное давление, для элемент Н запускается в звено и ионизируется для получения ионизированного газа.
2. Центральное звено – необходимо для увеличения подогрева ионизированного газа электромагнитной энергией. Радиоволны увеличивают энергию в ионизированном газе, как в микроволновке.
3. Кормовое звено – силовая дюза, которая меняет энергию ионизированного газа в струю выхлопных газов. Силовое поле необходимо для выброса ионизированного газа и защиты ракеты от соприкосновения с оболочкой. Ионизированный газ уничтожает любое вещество с которым соприкасается. Температура ионизированного газа в дюзе около ста млн градусов Цельсия, что в 25 тысяч выше температуры газа, выбрасываемого из челнока.

Такой двигатель в процессе полета на Марс смог бы разгонятся во время первой половины полета, а потом бы уменьшил скорость во 2-ой половине. Ракету на переменном ионизированном газе применяют с целью определения координат спутников на орбите нашей планеты.

Полет на нитратном процессе синтеза с динамичным газовым отражением

Кроме VASIMIR конструируется система передвижения на процессе синтеза с динамичным газовым отражением. У такого мотора продолговатые тонкие мотки проволоки с током, которые работают как электромагнит, окружая вакуумную камеру ионизированным газом. На концах мотора расположены зеркальные магниты, препятствующие мгновенному выбросу ионизированного газа из мотора, при этом какое-то количество ионизированного газа должно выходить и образовывать тяготение.

Ионизированный газ неустойчив и его проблематично сдерживать, поэтому создание таких агрегатов давалось тяжело. GDM является продолговатым и тонким, и у него магнитные линии расположены продолговато, поэтому оно решает проблему мало устойчивости. Отсутствие стабильности контролируется тем, что какое-то количество ионизированного газа протекает через неширокий фрагмент зеркала.

В 1998 году был проведен опыт: GDM вырабатывает ионизированный газ в ходе работы системы впрыскивания ионизированного газа как в переднем звене системы VASIMR. Такая система вводит газ в GDM и подогревает его микроволновой антеной на частоте 2,45 герц. Данный опыт обосновывает теорию GDM. Ученые продумывают полноразмерную систему мотора с данным устройством.

Но еще большинство прогрессивных идей космического агентства США по созданию двигателей не могут быть реализованы, но основная идея по созданию двигателя на энергии синтеза заложена в них. Кроме концепции синтеза, необходимы еще идеи, которые помогут совершить полет на Марс. Во второй половине двадцать первого века полеты на Марс возможно станут стандартной операцией, как отправка пищи на Международную космическую станцию.