Ничтожно малый атом и бесконечно большая вселенная — что общего между ними? Это миры, в познании которых нет конца и края. И хотя наш вооруженный глаз все глубже проникает и во вселенную и в недра вещества, мы сейчас так же далеки от конца этого путешествия, как и в начале его.
К чему же, однако, путешествовать, если известно наперед, что никогда не достигнешь цели? Да и познаем ли мы мир вообще? Не обман ли чувств все, что доносят нам приборы? Слабый луч света, пришедший откуда-то издалека, — вот единственный источник наших знаний о бесконечно далеких небесных светилах. Не обманывает ли он нас? Мы не видим глазом даже молекул, лишь приборы говорят о мельчайших частичках — атомах и электронах. Как знать, насколько правдив их рассказ?
Так или примерно так рассуждают некоторые зарубежные ученые-идеалисты, отрицающие возможность познания мира.
Но жизнь блестяще опровергает тех, кто не верит в могущество разума. Истинность познания проверяется практикой. И часто то, что происходит невообразимо далеко от нас, вдруг оказывается частью нашей жизни.
Атом и вселенная — превосходный пример.
Наука, изучая атом, нашла пути для атаки атомного ядра. Открылась новая эпоха, открылась перспектива такого энергетического могущества человека, перед которой бледнеет самая смелая фантазия.
В наших лабораториях взрыв атома «доставил» космос на Землю — температуры в миллионы градусов, господствующие на звездах, получены человеком. Мы говорим теперь об освобождении атомной энергии, об атомных двигателях, кораблях, самолетах и электростанциях, которым не нужны бензин, уголь и нефть.
Атомная техника только еще рождается. В будущем атом обещает покорение вселенной.
Самое лучшее топливо, которое может представить химия, даст скорость истечения газов из ракетного двигателя примерно четыре тысячи метров в секунду. Вероятно, на практике, с учетом потерь, — а без них не бывает никакой машины, — получим еще меньшую скорость: около трех с половиной тысяч. Возможно, применение металлических топлив несколько увеличит эту цифру.
Даже лунный перелет, пока нет атомной ракеты, представляет большие трудности для техники межпланетных путешествий.
Что же остается сказать о далеких космических рейсах с высадкой на планеты? Неужели они навсегда останутся лишь мечтой?
Нет. Потому-то и хотят устроить склад горючего в мировом пространстве — внеземную станцию.
Потому-то мы и хотим поставить на ракету атомные двигатели. С ними не страшны препятствия, которые сейчас стоят на пути во вселенную.
В самом деле, расчеты говорят, что энергия атома даст скорость истечения газов не два, а шесть, десять, двенадцать и более километров в секунду.
Чтобы оценить совершенство двигателя и иметь возможность сравнивать различные силовые установки, моторостроители пользуются понятием об удельной тяге. Они определяют, какая тяга развивается при сгорании одного килограмма топлива в секунду. И если подсчитать, какую удельную тягу может дать атомный ракетный двигатель, то и тогда превосходство его будет разительным — примерно в тысячу раз.
Лунная станция.
Конечно, это подсчеты теоретические, и практика внесет свои поправки. Можно предполагать, что в действительности выигрыш в тяге будет не столь велик, но все же весьма значителен.
Не только Луна, не только ближайшие к Земле Марс и Венера, но и далекие Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, о которых мы так мало знаем, стали бы доступны для межпланетных кораблей.
Ядерное горючее могло бы полностью обеспечить энергией будущие межпланетные корабли. Оно даст возможность совершать полеты даже с высадкой на планеты и спутники планет и повысит надежность межпланетных сообщений. Путешественники не будут испытывать недостатка в энергии. Отсюда — свобода маневра, что особенно важно в космическом рейсе, в котором могут встретиться всякие неожиданности и трудно рассчитывать на пополнение запасов топлива в пути.
Предполагают, что использование атомной энергии позволит сильно сократить сроки межпланетных путешествий. Например, по одному из предварительных расчетов, полет на Луну займет всего около четырех часов. За четыре часа атомная ракета преодолеет расстояние триста восемьдесят четыре тысячи километров. Полет на Марс занял бы сорок девять часов, в течение которых было бы пройдено около восьмидесяти миллионов километров. Путешествие на Венеру, за сорок миллионов километров, продолжалось бы тридцать шесть часов. Конечно, это подсчеты сугубо приближенные, но они показывают, насколько сможет в будущем возрасти скорость полета. Каждая минута будет означать сотни тысяч и даже миллионы километров!
Примерно в два миллиона раз больше энергии, чем при сгорании бензина, выделяется при распаде атомов такого же количества урана. Тепла же получается столько, что для охлаждения работающего уранового котла нужно прогонять целую реку воды.
При термоядерной реакции, превращающей ядра атомов водорода в ядра атомов гелия, когда происходит не распад, а рождение новых атомных ядер, выделяется еще больше энергии — примерно в восемь-десять раз по сравнению со взрывом атомов урана. Ядерные реакции являются неисчерпаемыми источниками энергии.
Если сопоставить теплотворную способность обычных топлив, которые ныне применяются в ракетных двигателях, с ядерным горючим, то разница будет огромной — в десять миллионов раз.
Три — три с половиной тысячи градусов — такова наивысшая температура в камере сгорания современного ракетного двигателя. В куске же урана при расщеплении атомов — десятки миллионов градусов. Фантастическая цифра! Мгновенное испарение ракеты — вот что это значит.
Тепло надо использовать так, чтобы газ вытекал через сопло с наивысшей возможной скоростью. При этом двигатель не должен перегреваться. Вот две задачи, и их необходимо решить конструктору атомной ракеты.
Самое простое решение такое: тепло испаряет жидкость, образующийся пар стремится расшириться и устремляется наружу. Высокая температура и давление делают свое дело. Из камеры газовый поток вытекает со скоростью в три, пять, шесть раз большей, чем удается достичь сейчас. Путь простой и логичный и, как полагают, пока что единственный.
В качестве рабочей жидкости наиболее пригоден водород. Он хорошо поглощает тепло. Пройдя через атомный реактор, жидкий водород быстро испаряется, нагревается и покидает двигатель.
Различные типы ядерных реакторов можно будет, невидимому, использовать в ракетах.
Мы хотели избавиться от необходимости иметь в ракете колоссальный запас топлива. Но если прикинуть, сколько водорода — переносчика тепла — понадобится атомной ракете, цифра получается весьма солидная: несколько сотен тонн! Уменьшить это количество, найти более удобную рабочую жидкость — дело будущего.
Едва ли не более сложна борьба с теплом, которого слишком много выделяется при атомном распаде.
Хотя и можно управлять выделением энергии, регулируя доступ к атомам урана тех частичек, которые проникают в атомное ядро и разлагают его, все же температура будет чрезвычайно велика.
Из чего построить двигатель, какой сплав выдержит столь высокий нагрев — на этот вопрос не может ответить современный металлург.
Теплотехник подскажет выход. Надо устроить стенки из пористого материала, скажет он. Множество мельчайших трубочек-капилляров пронизывают такой материал. Их общая длина огромна, как и площадь стенок, омываемых горячим газом. Они поэтому лучше, быстрее отводят тепло, не нагреваясь до опасной температуры. Пропустив водород через такие соты, можно нагреть его до нужной температуры без риска расплавить двигатель.
Проблема борьбы с нагревом важнейшая для транспортной атомной техники. Может быть, найдут способы превращения в электромагнитную энергию тепла, попадающего на стенки двигателя, чтобы таким образом добиться эффективного охлаждения.
Вероятно, и другие пути борьбы с нагревом найдет техника будущего.
К двум задачам конструктора атомной ракеты надо добавить третью — защиту от вредных радиоактивных излучений при атомном распаде путем применения специальных экранов. Думают даже, что при взлете и посадке атомного корабля придется пользоваться обычными ракетными двигателями, а атомные включать лишь в стратосфере.
Для разгона межпланетной ракеты принципиально возможно применить не только ракетные, но и воздушно-реактивные двигатели, в которых для сгорания горючего используется кислород окружающего воздуха. Здесь пригодится опыт авиационной техники, успешно применяющей такие двигатели для полетов с большими скоростями.
Надо заметить, что атомная энергия открывает широкие перспективы и для скоростной авиации. Атомные двигатели дадут возможность создавать самолеты, пролетающие огромные расстояния за сравнительно небольшое время.
Как будет устроена атомная ракета, ответ даст будущее. Все, что о ней здесь сказано, еще лишь первые, предварительные соображения. Но уже появляются первые проекты межпланетных ракетных кораблей с атомными двигателями. Расчеты говорят, что можно было бы построить подобную ракету весом в несколько сот тонн. Это во много раз больше, чем весит самая большая современная ракета. Практика покажет, удастся ли осуществить постройку гигантского атомноводородного (или не водородного, а другого) ракетного корабля.
Возможны и другие способы создания направленного потока частиц большой скорости без участия тепла, например путем разгона ионов электрическими полями.
В мире мельчайших частиц, из которых состоит вещество, самые большие скорости. Десятки тысяч километров в секунду делают осколки, вылетающие из радиоактивного атома. Почти до скорости света разгоняем мы заряженные частицы в наших ускорителях. Порции света — фотоны — несутся с предельной возможной в природе скоростью — триста тысяч километров в секунду.
Могла бы струя заряженных частиц или фотонов двигать ракету? Может ли быть построена электронная, ионная, протонная ракета?
Пока еще нет. Но это «нет» не означает невозможность решения подобной проблемы в будущем. Ведь и само разложение атома сравнительно недавно казалось утопией, как и превращение элементов, как и возможность полетов вне Земли.
