Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса

> высокотемпературная плазма влетает в сопло ракеты не только сзади, но и спереди…)

Я считаю, что развил эти идеи достаточно далеко от исходного прототипа, и сделал результат настолько эффективным, насколько это вообще возможно, при современном уровне знаний физики. Насколько эффективным может быть результат, и как его достичь, описано в Главе 3.

***

Но есть ещё вторая концепция, прямо не связанная с первой, но дополняющая её, и столь же важная. Вместе они могут создать фундамент для действительно полноценного освоения космоса.

Я предложил эффективный двигатель; но для него, однако, надо много энергии. В принципе, всё не так уж плохо – с помощью электромагнитных пушек всё же можно довести скорость носителей кинетической энергии до 20-30 км/с, и успешно осваивать ближайшие планеты. Но чтобы лететь дальше, и быстрее – энергии надо намного больше.

И вот тут оказывается, что энергию можно вовсе даже не тратить. А даже вовсе наоборот получать, и столько, что больше уже никому никогда не понадобится. Надо только немного подумать:)

Эту идею предложили задолго до меня, 55 лет назад. (Возможно, я даже когда-то в детстве читал эту статью, хотя потом забыл про это; но где-то в подсознании эта идея засела, и потом зудела там следующие 30 лет, превратившись в то, во что она превратилась, в главе 4 и последующих).

54 года назад в журнале "Техника-Молодёжи" (1970/11, с.56-58) была опубликована статья известного писателя-фантаста Георгия Гуревича "Увлекательная гравитация", где он предлагал проект гравитационной электростанции на лунном веществе: запускаем снаряд с поверхности Луны за 3 МДж энергии, ловим на Земле (или на низкой орбите) – получаем 60 МДж/кг. (На 30% больше, чем при сгорании килограмма бензина).

Как источник энергии для наземных объектов дороговато, но можно использовать в качестве источника внешнего топлива для вывода грузов на околоземную орбиту: если микро снаряды будут догонять ракету с относительной скоростью 11 км/с, то после их испарения в сопле двигателя и вылета газа обратно, получится удельный импульс 19-20 км/с, что очень хорошо. Правда, по мере разгона самой ракеты, относительная скорость снарядов, и соответственно передаваемый ими ракете импульс, будет уменьшаться, но даже при относительной скорости всего 3 км/с (т.е. при достижении ракетой первой космической скорости) удельный импульс составит 5 км/с при испарении пассивного вещества (например гидразина, перекиси или СО2), и до 8 км/с при стрельбе топливными капсулами с кислородно-водородной смесью, что всё ещё лучше, чем показатели обычного химического топлива; причём, это топливо находится не в ракете. Масса ракеты, при разгоне от 0 до 8 км/с, вообще не изменится. Достаточно вначале подбросить ракету вертикально вверх на 100 км (из катапульты или с помощью небольшого возвращаемого твердотопливного ускорителя), и дальше её можно разгонять бесплатно (пока снаряды могут её догнать с относительной скоростью хотя бы 2-3 км/с).

Я, (независимо от Георгия Гуревича и Жюля Верна :) лунный вариант тоже рассматривал, но в основной текст не включил, по причине скромных энергетических показателей (дальше низкой околоземной орбиты так не выйти, хотя можно использовать для отработки технологии на низких скоростях, притом без всяких электромагнитных пушек, а также для вывода на околоземную орбиту заправленных ступеней ракет-носителей для межпланетных полётов. Хотя, вообще, вариант хороший. Умный человек плохого не выдумает ;)

У меня в основном предлагаются варианты "пожирнее" с точки зрения энергии, хотя и сложнее для разработки и реализации. Но начать можно с "Лунного" варианта, он очень хорош тем, что очень прост.

Поражает как точность и краткость подачи идеи Г. Гуревичем (у автора статьи в 2 страницы влезло то, что у меня заняло страниц 30, ну правда с расчётами), так и степень непонимания рецензента, "кандидата наук", который тут же рядом с текстом статьи поторопился написать комментарий от редакции, в синей рамочке (какой-то лепет эстоннского академика про то, что "в гравитационном поле дефекта массы наверно нету, и камень наверно не упадёт")…

Автор статьи ведь чётко же сказал: "Луна целиком состоит из первосортного угля" :)

Текст рецензента вклинивается прямо в середине между колонками самой статьи, и немного мешает (отделён синей рамочкой), но отличить легко – по глупому "псевдонаучному" стилю, и выражениям типа "псевдоскалярное поле", "в гравитационном поле масса покоя постоянна" и "дефект массы не может привести к выработке реальной энергии". (он молоток себе на ногу ронял, этот рецензент? Дефект массы отобъёт вам палец даже в том случае, если вы не можете его обнаружить…)

К сожалению, разместить здесь отсканированный текст самой статьи не разрешили, но я очень рекомендую её прочитать (журнал "Техника-Молодёжи" 1970/11, с.56-58, "Увлекательная гравитация"). Иллюстрация на обложке всего номера журнала тоже посвящена этой статье.

Надеюсь, что теперь, спустя 55 лет после выхода этой статьи, люди всё-таки изучили арифметическое действие умножения, и уже знают, что инвариантом является произведение массы покоя на гравитационный потенциал, а не она сама. И что больше не будет такого дремучего непонимания простейших примеров из школьного учебника со стороны учёных докторов наук.

Не используя искусственные внешние ресурсы к звёздам не добраться.

Двигатель на подаваемом извне топливе и энергии в любом случае будет на порядки опережать по характеристикам любые типы двигателей с автономным запасом топлива, будь это хоть антивещество, и отказаться от использования такой возможности можно только с целью диверсии. (Каждый понимает, что троллейбус может проехать 100 тысяч километров без остановки, а аккумуляторный электромобиль нет).

Что касается использования гравитационной энергии вещества, то это вообще потенциально бесконечный источник энергии, и притом очень легко доступный, в том числе для снабжения межзвёздных кораблей.

Запас гравитационной энергии вещества планет в Солнечной системе, хотя бы по отношению к гравитационному потенциалу фотосферы Солнца, равен световому потоку от Солнца за 30 тысяч лет, и в миллионы раз больше, чем содержат все запасы урана, тория, дейтерия и лития на планете Земля. Этой энергии достаточно, чтобы разогнать Луну до скорости 0,3 с.

Я, конечно, не предлагаю прямо взять и потратить всё вещество всех планет для получения энергии. Нам же на них потом жить :)

Да и это очень, очень много.

Нам достаточно будет миллионной доли этого количества энергии (скажем, 1% массы Европы; это спутник Юпитера), чтобы освоить пару десятков ближайших звёздных систем; (1% массы Европы позволит разогнать до 0,5с 10 триллионов тонн звездолётов… вам зачем столько?); а уже в ближайших звёздных системах найдутся источники гравитационной энергии куда как калорийнее: например, система Сириуса, в 6,5 световых годах от нас, содержит, как говорят, белый карлик (с гравитационным потенциалом в 1000 раз большим, чем у Солнца), и 2 звезды-донора Солнечного типа. Это позволит разогнать до субсветовой скорости сто Юпитеров… … …

Вселенная готова дать нам бесконечное количество ресурсов и энергии для жизни и развития, даром, надо только протянуть руку и взять. Я знаю немногое, и могу предложить здесь только то, про что написал. В будущем появятся другие концепции, по сравнению с которыми всё это покажется доисторическим "паром и углём". (Неужели они правда летали со скоростью в половину световой… так долго…)

Всем приятного чтения :)

Реакция официальной науки на эту концепцию, как и на многие до этого, предсказуема: "это неправильно"…"это неправильно"…"это не правильно"… через 50 лет: "…это уже всем давно известно".

Я не надеюсь, что именно моя попытка популяризовать эту идею будет успешной; но, может быть, ещё через 50 лет кто-то это прочитает, и сделает новую попытку дать человечеству энергию по цене 0,1 цента за киловатт и космические запуски по 1 доллару за килограмм, на воде, взятой из речки. Обычно для внедрения чего-то принципиально нового в науку или технику надо от 3 до 10 попыток в течении 100-200 лет: в какой-то момент коллективный иммунитет привилегированного сообщества пользователей знаний даст сбой, и новая идея проникнет в общее информационное пространство, став доступной для всех. Потом найдётся кто-то, кто сможет получить прибыль, и вот тогда мы и узнаем, кто из официальных учёных станет автором этого всего ("он, вроде, упоминал об этом или чём-то похожем в частной беседе; это приравнивается к публикации").

Хотя, хотелось бы всё-таки побыстрее, ожидать ещё пол века до первого межзвёздного полёта долго. Нам бы хоть на Уран…

Путь к звёздам долог… особенно, если идти с привязанным к ноге ядром.

Содержание

Часть I

Глава 1 – атмосфера и ближний космос

Глава 2 – околоземное пространство и Луна

Глава 3 – двигательные системы для межпланетных перелётов

Глава 4 – гравитационные электростанции в Солнечной системе

Часть II

Глава 5 – Солнечно-гравитационная и ядерно-кинетическая энергетика

Глава 6 – Ядерные и лазерные системы разгона

Глава 7 – 0,5С.

Часть I

Технологии для освоения ближнего Космоса

Вначале идеи совсем простые и дешёвые для реализации. Они должны послужить для проникновения в ближнее околоземное пространство и базой для развёртывания основных концепций, которые изложены в главах 3-4.

Глава I. Атмосфера и ближний космос.

1. Промышленный дрон с очень длинным проводом, и соответственно большой высотой подъёма, 5-10 км (а если очень постараться, то и до 20-25). Время подъёма не ограничено.

Слабое место обычных аккумуляторных дронов – это аккумулятор, который занимает половину веса (и цены), и позволяет максимально продержаться в воздухе 1-2 часа, с дальностью горизонтального полёта менее 100 км, и максимальной высотой подъёма не более 5.

Промышленные дроны (получающие энергию по проводу) лишены таких ограничений по энергии и времени полёта; но при питающем напряжении до 100 Вольт, длина обычного алюминиевого провода не может превышать 50-100 метров. При длине провода 100 м, его вес становится равным весу самого дрона, и любой дальнейший рост мощности винта уйдёт на удержание в воздухе провода, без увеличения его максимальной длины.

Простым решением является повысить питающее напряжение, что позволит уменьшить ток в проводе и его толщину, но тогда надо на самом дроне обратно понижать напряжение до нужного для двигателей. Кроме того, очень длинный провод надо как-то поддерживать в воздухе в промежуточных точках, и компенсировать ветровую нагрузку.

Это приводит к концепции цепочки небольших дронов, размещённых через определённые промежутки (50-100м) на одном высоковольтном проводе, и связанных как последовательно соединённые потребители тока. В простейшем случае можно было бы просто соединить последовательно все обмотки всех двигателей; но чтобы иметь возможность произвольно регулировать тягу каждого винта, нужны более сложные схемы отбора энергии из общего провода. При питающем напряжении 20-30 кВ можно разместить в цепочке около 100 дронов и достичь высоты 5-10 км.

Тонким местом здесь может быть защита от атмосферного электричества, так что имеет смысл контролировать потенциал внешней атмосферы на всём протяжении провода; с другой стороны, эту проблему можно использовать в качестве дополнительного источника энергии.

На конце такой цепочки может располагаться довольно большой потребитель энергии – большой дрон или целая система воздушных винтов с грузоподъёмностью в десятки-сотни килограммов, и это всё может находиться довольно высоко в атмосфере почти бесконечно долго.