Покоренная плазма

Плазменные ракеты

Мы являемся свидетелями необыкновенного развития ракетной техники. Времена, когда ракетные устройства применялись только для фейерверков и подачи сигналов, прошли. Сейчас с помощью ракет выводят на орбиты искусственные спутники Земли и Солнца и доставляют научную аппаратуру за сотни тысяч километров от Земли.

Ракетные двигатели сократили расстояния и на нашей планете. Знаменитые воздушные лайнеры «ТУ» совершают полеты на огромные расстояния. Преодоление звукового барьера и полеты самолетов со скоростью, превышающей скорость звука, также стали возможными благодаря двигателям-ракетам.

Преимущества, которыми обладают ракетные устройства, заставляют не жалеть сил и средств для совершенствования этого детища двадцатого века. Важная роль в этом принадлежит плазме.

Мы уже знаем, что раскаленные газы, стремительно вылетающие из сопла ракеты, — это плазма. Получается она от сгорания керосина или другого ракетного топлива в двигателе.

Горение — химический процесс, поэтому современные ракеты можно назвать ракетами химического принципа действия. В будущем такие ракеты, особенно для полетов на другие планеты, вряд ли будут применяться. На смену им придут ракеты с атомными двигателями.

Сейчас ученые уже намечают контуры этих замечательных ракет.

«Душой», «сердцем» ракеты является атомный реактор. В нем непрерывно идет процесс деления ядер урана и выделение большого количества тепла.

В носовой части ракеты расположены баки с веществом — жидкостью, — называемым рабочим телом. По трубам эта жидкость поступает в реактор и благодаря огромной температуре в нем превращается в плазму.

Газ-плазма ищет выхода. Путь для него открыт только к хвосту ракеты, где расположено сопло. Чем быстрее плазма будет вырываться из сопла, тем большую скорость разовьет ракета.

Плазма — это частицы, несущие электрический заряд. Значит, на них можно влиять электрическим полем.

В задней части ракеты перед соплом установлено несколько полых цилиндров. Посмотрите, как соединены они с генератором электрического тока, имеющимся в ракете. Первый и третий цилиндры соединены с одним полюсом генератора, второй и четвертый — со вторым. Благодаря этому ионы плазмы, оказавшись внутри первого цилиндра, подхватываются электрическими силами и увлекаются дальше — в сторону второго цилиндра. Разогнавшись, они достигают третьего цилиндра, откуда с еще большей скоростью мчатся к последнему, четвертому, цилиндру и выбрасываются наружу.

Тяговое усилие такой ракеты получается очень большим, и благодаря этому ракета может развивать скорости, недоступные обычным химическим ракетам.

Преимущества ядерной ракеты очевидны.

Ракету не нужно загружать ни химическим топливом, ни окислителем. Атомный реактор может долго работать при небольших количествах урана. Его «калорийность» вам известна, она огромна. Сравнительно громоздким будет запас рабочего тела — материала для плазмы. Но и его можно сделать более компактным, если использовать вещества с большим удельным весом. Рабочее тело не подвергается никаким химическим превращениям, не сгорает, но оно, превратившись в ионизированный газ, выбрасывается из ракеты, создавая тягу. Поэтому запасы рабочего тела в значительной степени могут определять дальность космического полета.

Интересен проект еще одной ракеты с ядерно-электрическим двигателем.

В этой ракете, как и в предыдущей, тоже есть атомный реактор, но его энергия расходуется на то, чтобы заставлять работать мощный электрический генератор. Эта ракетная электростанция — копия современных атомных электростанций, только она безусловно меньше.

В реактор подается вода, которая мгновенно превращается в пар высокого давления. Вырываясь наружу, пар ударяется в лопасти паровой турбины и заставляет ее вращаться. На общем валу с турбиной сидит ротор генератора. Он тоже приходит в движение, и генератор начинает отдавать ток.

«Львиная доля» этого тока расходуется для создания мощной электрической дуги.

Помните о струях плазмы, применяемых сейчас для испытания самолетов в аэродинамических трубах?

В этой ракете тоже создается струя плазмы.

Насос подает рабочее тело в пространство между двумя электродами — анодом и катодом. Анод соединен с положительным зажимом генератора, катод — с отрицательным. Катод расположен в хвостовой части ракеты, он сделан в виде кольца.

Когда между электродами вспыхивает дуга, положительно заряженные ионы устремляются к катоду и с силой выбрасываются из ракеты. Реактивная сила, возникающая при этом, сообщает ракете тягу, которая получается в десять — пятнадцать раз большей, чем у обычных химических ракет.

В ракете осуществлено непрерывное протекание двух процессов — разогрев рабочего тела, превращение его в плазму, и ускорение ионов в электрическом поле. Благодаря этому и могут быть получены высокие тяговые показатели ракетного двигателя.

Ученые работают сейчас и над другими проектами космических ракет. Какой из них будет раньше осуществлен, сказать трудно.

Одно не вызывает сомнения: в этой ракете решающее слово будет принадлежать плазме. Именно она поднимет космический корабль над землей и увлечет его в безбрежные просторы космоса.