Минусы фотонной ракеты

Многие учёные связывают возможность межзвёздных перелётов с использованием фотонных ракет [Зенгер, 1958; Соколовский, Шилов, 1960], в которых источником энергии служит процесс аннигиляции вещества и антивещества.

Продуктом аннигиляции становятся кванты излучения, которые могут отбрасываться параболическим зеркалом и создавать реактивную силу. Достоинством фотонных ракет является предельно высокая скорость истечения, что, теоретически, позволяет разгонять корабль до околосветовых скоростей.

На рис. 4.3 приведен эскиз фотонной ракеты, иллюстрирующий представление о таких аппаратах, сформировавшееся к концу 50-х годов 20-го столетия.

Рис. 4.3. Эскиз фотонной ракеты

[Соколовский, Шилов, 1960]

Этот эскиз соотносится с современными представлениями о фотонной ракете почти так же, как рисунок корабля Н.И. Кибальчича – с проектом шатла. Более поздние работы (например, [Бурдаков, Данилов, 1980]) показали, что, с учётом неизвестных ранее факторов, облик фотонной ракеты должен существенно усложниться. В частности, выяснилось, что аннигиляция протекает отнюдь не мгновенно, а это резко увеличивает размеры параболического зеркала

Стало ясно, что создание фотонной ракеты связано с очень большими трудностями.

Во-первых, трудно подготовить большое количество антивещества, необходимое для полёта. Даже при высоком коэффициенте полезного действия (КПД) процесса, на что трудно рассчитывать из-за физических ограничений, на его выработку требуется баснословное количество энергии. Исключительно трудно сохранять полученное антивещество и доставлять его к звездолёту, так как оно аннигилирует при соприкосновении с любыми молекулами обычного вещества.

Предположим, что твёрдое или жидкое антивещество удастся хранить, подвесив в вакууме с помощью волновых полей. Но даже то ничтожное количество газа, какое остаётся при наилучшем доступном современной технике вакууме, вызывает паразитную аннигиляцию хранимого антивещества, при которой уже не удаётся справиться с нагревом.

(Антивещество нельзя охлаждать никаким охлаждающим агентом, так как контакт с ним вызывает аннигиляцию. Возможно охлаждение за счёт теплового излучения, но это противоречит желанию использовать в качестве антивещества наиболее простые молекулы антиводорода или антигелия и хранить их при криогенных температурах, при которых тепловое излучение как раз предельно мало. Антивещество может охлаждаться и собственным испарением, но образовавшийся газ тут же будет аннигилировать от соприкосновения со стенками хранилища и вызывать сильнейший нагрев.)

Во-вторых, мешает многоступенчатость процесса аннигиляции и его заметная длительность. Протоны и антипротоны превращаются сначала в p-мезоны, потом в m-мезоны, в электронно-позитронные пары и, наконец, в кванты излучения. За время этих стадий процесса частицы успевают разлететься на несколько километров. При этом p-мезоны и m-мезоны временно образуют мезаатомы, которые, как и кванты излучения, не фокусируются магнитным полем. Их может фокусировать только зеркало многокилометрового размера.

В-третьих, проблематично создание для фотонной ракеты параболического зеркала с высоким коэффициентом отражения. Лучший из известных отражателей – полированный алюминий – при длине волны 0,2 мкм (характерной для излучения аннигиляции) поглощает 60% падающих лучей. Ожидают более высокого отражения от сверхплотного потока электронов [Бурдаков, Данилов, 1980], но проблематично формирование из него параболического зеркала соответствующего многокилометрового размера.

Чтобы сформировать подобное гигантское зеркало, нужны сверхмощные источники электронов. А, представьте, как сложно создать магнитные поля, способные придать многокилометровому зеркалу параболическую форму! Да ещё, сколько дополнительного вещества нужно взять с собой, чтобы компенсировать электрический заряд корпуса корабля, возникающий из-за сверхмощной электронной эмиссии?! Ведь эта компенсация должна осуществляться путём выброса столь же мощной в электрическом смысле (а по массе – в 1836 раз большей) струи протонов.

Учитывая трудности создания фотонной ракеты, ниже рассмотрен более простой и реалистичный вариант межзвёздного корабля, основанный на принципах, которые либо уже воплощены в действующие устройства, либо успешно осваиваются институтами разных стран.

Дата добавления: 2015-07-08