К Марсу отправят термоядерную ракету

Американские ученые планируют освоить термоядерный синтез и создать ракету для межпланетных перелетов — соответственно, с двигателем, использующим для работы этот принцип. Приручить термоядерную реакцию человечество пытается уже полсотни лет, но освоить эту технологию пока не удалось ни в одной из отраслей человеческой индустрии. Тем интереснее заявка американцев на прорыв в этой области.

Нынешние ракеты используют химические реактивные двигатели. Исследователи из Вашингтонского университета (UW) и университета Редмонда (University of Redmond) намерены построить ракету с термоядерным двигателем, то есть энергия будет появляться в результате реакции синтеза ядер, а не расщепления, как при уже освоенной людьми ядерной реакции.

Термоядерную реакцию запустить достаточно просто. Для этого понадобится сильное магнитное поле и мощный разогрев, например, под действием лазера. В крайнем случае можно использовать обычную ядерную бомбу, которых на Земле уже девать некуда. Однако контролировать и поддерживать цепную реакцию крайне сложно.

Впрочем, основы теории управляемой термоядерной реакции еще в прошлом веке разработали советские физики А. Д. Сахаров и И. Е. Тамм. Они обрисовали метод удержания плазмы с помощью магнитного поля. Суть его заключается в следующем: пропущенный по обмоткам индуктора электроток создает полоидальное поле (такое, что направлено вдоль линий, проходящих через полюсы сферической системы координат), которое разогревает и поддерживает плазму. При этом она не должна контактировать со стенками камеры, так как и в те времена, и сейчас еще нет материалов, которые могли бы выдержать такую температуру.

Читайте также: Термоядерную реакцию приручили?

Магнитное удержание и разогрев плазмы осуществлялся в тороидальной камере с магнитными катушками (токамак). В нем в 1956 году сотрудники Института атомной энергии имени И. В. Курчатова разогрели плазму до 10 миллионов градусов, чего достаточно для начала термоядерной реакции. А их американские коллеги разработали метод инерционного удержания плазмы. При нем в так называемых импульсных системах термоядерный синтез запускается нагревом дейтерия и трития сверхмощными лазерами или же пучками высокоэнергичных частиц.

В то же время одной из основных проблем технологического использования термоядерной реакции до сих пор остается то, что имеющиеся методы не обеспечивают энергетический выигрыш, то есть превышения количества полученной энергии над объемом затраченной для запуска и поддержания процесса. В отличие от деления, которое применяется при ядерной реакции, синтез подразумевает столкновение ряда атомных ядра под внешним давлением. Оно должна быть таковым, чтобы преодолеть силы кулоновского отталкивания между одинаково заряженными ядрами. Это приводит к формированию нового ядра и высвобождению огромного количества энергии. Но как американца будут решать проблему затраты огромного количества энергии на поддержание реакции?

Впрочем, следует заметить, что теоретические основы подобного метода уже имеются. В прошлом году американцы представили просчитанную компьютером концептуальную модель, которая позволяет получить энергетический выигрыш, соединив два подхода. Местом проведения реакции должен стать нагреваемый лазером цилиндр, где образующуюся плазму помещают в магнитное поле. Это поле позволяет образуемым в результате реакции частицам не уходить из синтеза, а оставаться на месте, что сохраняет высокой температуру дейтериево-тритиевой плазмы. К тому же при подобном подходе появилась возможность постоянно возобновлять термоядерную реакцию, что существенно снижает внешние энергозатраты на ее поддержание. Не исключено, что эти решения и планируется использовать в термоядерном двигателе.

В финансируемом агентством NASA проекте создания космического носителя с термоядерным двигателем реакция будет вызываться специальной магнитной конфигурацией поля, которое будет воздействовать через гранулы дейтерия и трития, а также литиевые кольца, которые будут сжиматься вокруг гранул. Благодаря этому давлению будет запущена термоядерная реакция, результатом которой становится взрыв, энергия которого канализируется и толкает ракету. Взрывы будут происходить каждые 10 секунд, то есть ракета будет двигаться толчками, разгоняясь до тысяч километров в час, а расход топлива при этом будет минимальным.

Читайте также: Приручение энергии термоядерного синтеза

Предполагается, что такая ракета долетит до Марса всего за 30 дней, что делает миссию на Красную планету уже более реальной. Собирать такой носитель имеет смысл на орбите, откуда и можно стартовать к Марсу. Все это обойдется в миллиарды долларов, однако успех мероприятия откроет перспективы постепенного освоения ближайших планет Солнечной системы.

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"