Per aspera ad astra

Двигатель типа «Орион», представляет из себя ядерно-импульсный тягач, в основу работы которого положено использование энергии ядерного взрыва. Во время работы, из космического аппарата, в направлении, противоположном полёту, выбрасывается ядерный заряд небольшого эквивалента и подрывается на сравнительно малой дистанции от корабля ( до 100 метров ). Заряд сконструирован таким образом, чтобы бо́льшая часть продуктов взрыва в виде расширяющегося плазменного фронта, движущегося с релятивистскими скоростями, была направлена в хвост космического корабля: где массивная отражающая плита принимает на себя импульс и передает его кораблю через систему амортизаторов. От повреждения световой вспышкой, потоками гамма-излучения и высокотемпературной плазмой отражающая плита защищена абляционным покрытием из графитовой смазки, возобновляемым после каждого подрыва. Разновидности: 1) Термоядерно-импульсный двигатель, типа Орион. Самые ранние разработки подобных двигателей предполагали использование модифицированного термоядерного оружия с учётом деления плутония для инициирования реакции синтеза дейтерида лития. Это, в свою очередь, превращало ракетный диск в плазму, направляя до 80% энергии взрыва на твердую плоскую или полусферическую "толкающую пластину", установленную через амортизаторы. Такая конструкция демонстрировала высокое отношение тяги к массе, способное поднять космический аппарат с поверхности Земли, а также высокую скорость выхлопа, для возможности одноступенчатого космического корабля, способного летать с Земли на Луну, Марс или даже на луны Сатурна или Юпитера и также легко вернуться обратно. Некоторые версии подобного корабля даже могли бы быть способны к межзвездным путешествиям со скоростью более 3% от скорости света, за счёт чего они могли бы достичь Альфы Центавра чуть более чем за 130 лет. Производительность этих двигателей в некоторых обстоятельствах фактически превышала производительность лучевых и электрических двигательных установок, которые использовались к концу двадцать второго века, с удельными импульсами в диапазоне от 2000-4000 секунд ( и отношением тяги к массе, подходящим для запуска космического аппарата с поверхности Земли, и, следовательно, устойчивыми средним ускорениям в несколько G ), до 7500-12.000 для передовых конструкций, которые все еще были способны к высокой тяге. Теоретический предел для этой конструкции приближается к импульсу равному 1,5 миллионам секунд, практичному для использования на медленном звездолете, но требующему более сложных магнитных сопел вместо материальных толкающих пластин. Примечательно, что эффективность такого рода двигателей возрастала с увеличением размеров, но для использования такой мощности вам соответственно требуется огромный космический корабль. « Z-Пинч-деление » Чтобы избежать проблем с радиацией, одна из более поздних разработок использовала нетрадиционные конструкции импульсных блоков, которые не могли быть использованы в качестве практического оружия. Вместо этого использовалась мощная электромагнитная система детонации z-pinch. Импульсная энергетическая система, приводившая в движение z-pinch, имела значительную массу, что делало Z-pinch делительный двигатель более чем в десять раз тяжелее других современных ядерных импульсных конструкций, а также требовало больших радиаторов и сложных систем рекуперации энергии для перезарядки конденсаторов после каждого импульса привода. Несмотря на практичность, такие конструкция навряд ли будет когда либо использоваться. Тяга была бы намного ниже чем классической ядерно-импульсной конструкции при нескольких десятых силы тяжести, но эффективность малых импульсных блоков, запускаемых с большей скоростью, означала бы, что удельные импульсы были бы в диапазоне 10.000-16.000 секунд, пригодном для движения пилотируемого космического корабля к спутникам Сатурна или Юпитера с Земли и беспилотных летательных аппаратов дальше. Делящиеся материалы с низкими критическими массами являются желательными источниками топлива для этого привода. По идее в качестве топлива отлично подходит изотоп кюрий-245, ведь он имеет как разумный период полураспада в несколько тысяч лет, так и критическую массу, аналогичную плутонию, к сожалению, правда, он не встречается в природе в каких-либо значительных количествах и поэтому может быть только синтезирован. « Магнитоинерционный двигатель » Магнитоинерциальный термоядерный синтез был первой практической термоядерной ракетой, а также первым ядерным импульсным двигателем, получившим значительное применение в нашей организации. Плазмоид термоядерного топлива сжимается и нагревается магнитно ускоренной литиевой оболочкой. Высоко нейтронные термоядерные реакции, такие как D-D и D-T, могут быть использованы, поскольку литиевая оболочка является эффективным средством преобразования большого потока нейтронов в горячую плазму, способную генерировать тягу через магнитное сопло. Тяга подобного двигателя довольно низка для простых конструкций, а наличие большого количества лития в выхлопе приводит к более низким выхлопам, а следовательно, удельный импульс составляет около 5000-10.000 секунд для большинства конструкций и в максимально возможном случае приблизительно 20.000 секунд. С другой стороны, основные виды топлива такие как тритий и гелий-3, могут быть легко использованы, если таковые имеются, что несколько улучшает тягу. « Инициированная антиматерией микрофиссия » Также часто упоминается как " катализируемая антиматерией микрофиссией", выгорание антиматерии в реакции привода означает, что это не настоящий катализатор, во время реакции которой используются меньшие импульсные блоки, чем конструкция z-pinch, с несколькими граммами урана в качестве источника воспламенения для нескольких граммов дейтериевого термоядерного топлива. Чтобы запустить реакцию, в уран запускают пучок антипротонов, что делает этот двигатель первой практическим двигателем сжигающим антивещество, пускай энергия аннигиляции антивещества и вносит ничтожный вклад в общую выходную энергию двигателя. Когда антипротон попадает в ядро урана, он аннигилирует один из нуклонов, который высвобождает достаточно энергии, чтобы вызвать деление ядра. Горячие осколки деления в свою очередь нагревают дейтерий до тех пор, пока он не подвергнется плавлению. Самый простый такой двигатель использует абляционное сопло, часто изготовленное из керамики, подобной карбиду кремния, которое аблируется под потоком нейтронов и электромагнитного излучения, высвобождаемого взрывающейся топливной гранулой, для получения плазмы, которая может быть направлена простым магнитным соплом для создания тяги. Абляционная гильза сопла должна быть заменена в конце путешествия; немного более неэффективная операция, чем замена топливных гранул или заправка баков, но она защищает остальную часть приводного узла от большей части импульсного излучения. Более сложные конструкции используют пропеллентные оболочки вокруг импульсных блоков и более мощные магнитные сопла, чтобы ограничить возможные повреждения от исходящего от сопла хвоста. « Z-Pinch Fusion » Второй истинной конструкцией термоядерного двигателя был Z-pinch, использующий топливо D-D или D-T. Использование литиевой плазмы в качестве катода Z-pinch-контура поглощает нейтронное излучение от основной реакции термоядерного синтеза и устраняет проблему износа катода, которая преследовала более ранние конструкции Z-pinch-синтеза. Использование z-Пинча значительно увеличивает время удержания термоядерного синтеза и, следовательно, количество энергии, которое может быть извлечено из топлива. Хотя его гораздо труднее сконструировать чем ранее описанные модели ядерно-импульсных двигателей, требуя более больших и мощных магнитных сопел, чистый дейтериевый z-Пинч, освобожденный от необходимости использовать литий в качестве топлива, может развивать гораздо более высокую скорость выхлопа, в некоторых случаях способную достигнуть 4% от скорости света, что в сочетании со стабильностью распада дейтериевого топлива делает его практичной платформой для дальних космических путешествий, в том числе и к выходу в межзвёздное пространство, за пределами облака Оорта. Также в качестве топлива можно использовать D-He3, что позволит передвинуть пределы максимальной скорости выхлопа до 8,9% от скорости света и существенно уменьшить уровень нейтронного излучения. « Инерционный конфайнментный синтез » Конечной системой ядерного импульсного привода является инерционный термоядерный синтез, где гранула термоядерного топлива сжимается и нагревается путем бомбардировки ее лазерными или ионными лучами со всех сторон до тех пор, пока она не подвергнется термоядерному синтезу. Хотя первоначально это было весьма перспективной затеей, в последствии были обнаружены различные плазменные нестабильности, которые резко ограничивали время удержания, делая производство чистой энергии непрактичным. Энергия, требуемая для приводных пучков, обычно составляет от 1% до 0,1% энергии, высвобождаемой за импульс, в зависимости от сложности нагревательного механизма. Обращение с отходящим теплом, создаваемым генератором луча, может быть серьезной инженерной проблемой и может потребовать больших радиаторов. Общие лучи драйвера — это лазеры, работающие на видимых, ближних ультрафиолетовых или вакуумных ультрафиолетовых длинах волн, или пучки тяжелых ионов. « D-T инерциальный конфайнментный синтез » Это одна из самых ранних конструкций факельных двигателей, почти такая же старая, как двигатели деления и термоядерных импульсные двигатели. Топливо для этого корабля представляет собой покрытые пластиком гранулы дейтерий-тритиевого льда. Способ зажигания достаточно примитивен - либо ударный нагрев первичных приводных пучков воспламеняет топливо ( прямой привод ), либо ультракороткий лазерный импульс в петаваттном диапазоне воздействует на топливную таблетку при максимальном сжатии ( быстрое зажигание ). Реакция D-T-это самая простая термоядерная реакция для воспламенения, позволяющая работать этим грубым методам воспламенения. Однако 80% энергии термоядерного синтеза при этом теряется в виде нейтронного излучения. Кроме того, тритий радиоактивен, с периодом полураспада всего в 388 мегасекунд - и следовательно, топливо D-T не может храниться в течение длительного периода времени, что нехорошо. Прямой привод этого типа довольно неэффективен, приводные лучи могут производить только импульсы, примерно в 10 раз превышающие их энергию луча. Из-за потерь энергии нейтронов и высокой энергии пучка импульсные приводы этой конструкции обычно нуждаются в дополнительном источнике питания для приводных пучков ( хотя можно было бы окружить такой корабль реакционным одеялом из расплавленного лития, чтобы восстановить энергию нейтронов и породить дополнительный тритий ). Излишне говорить, что эти конструкции с литиевым покрытием могли бы работать только при относительно низкой мощности, чтобы избежать плавления камеры. Быстрое зажигание D-T может подавать приводные импульсы примерно в 100 раз большей энергии луча водителя. Это позволяет получать некоторую энергию непосредственно из импульсной плазмы привода для питания пучков драйвера и воспламенителя, одновременно обеспечивая более высокие тяги. При 10% выгорании и 85% КПД сопла чистое топливо D-T обеспечивает скорость выхлопа 0,9% c или 2700 км/с (~275.000 секунд ). Однако из-за пластической оболочки, необходимой для приведения в действие имплозии, типичные скорости выхлопа составляют около 0,5% c или 1500 км/с (~152.000 секунд ). Скорость выхлопа масштабируется как квадратный корень из выгорания, поэтому ранние конструкции, достигающие 1% выгорания, имели скорость выхлопа всего 500 км/с (~51.000 секунд ). Тяги Centigee обычно достижимы, но высокий поток нейтронов препятствует более мощным двигателям этого типа. « Термоядерный синтез инерционного удержания D-3He » Передовые системы быстрого воспламенения могут быть использованы для детонации гранул дейтерия / гелия-3 в виде льда. Хотя это требует относительно высокого отношения энергии пучка к энергии импульса, таким образом, уменьшая общую мощность привода, это позволяет использовать только легкодоступное топливо, которое может быть извлечено из любого газового гиганта или звезды без радиоактивных изотопов или экзотических форм материи. Примерно 1/20 энергии импульса теряется в виде нейтронов в результате побочных реакций D-D синтеза, а 1/5 энергии импульса улетучивается в виде тормозных рентгеновских лучей. Лишь остальные 3/4 энергии импульса окажутся доступны для движения вперед. Поскольку сплав D-3He труднее воспламенить, даже при быстром зажигании энергия импульса составляет всего около 10 раз больше энергии луча. Как правило, эта энергия извлекается из плазмы, в результате чего только около половины общей энергии импульса остается для движения вперед. При 10% выгорании и 85% эффективности сопла чистый D-3He обеспечивает скорость выхлопа 2,5% c или 7,800 км/с (~795.000 секунд ), хотя оболочка снижает ее примерно до 4300 км/с (~438.000 секунд ). Все остальные перечисленные ниже конструкции, использующие сплав D-3He, достигают сходных скоростей выхлопа. Тяги обычно находятся на уровне сантиметра для удобства охлаждения и экранирования, хотя продвинутые конструкции могут превышать 1g. « Инициированная антивеществом микрофузия » Топливо для приводов горелок AIM представляет собой гранулу покрытого пластиком дейтерия/гелия-3 в виде льда с внутренним ядром тяжелого элемента, обычно урана или свинца. Приводные лучи ударяются о гранулу, и в момент максимального сжатия пучок нейтрального антиводорода выстреливается в гранулу с низкой релятивистской скоростью. Антипротоны проникают сквозь оболочку с низким атомным весом и топливо и медленно останавливаются в плотном ядре. При столкновении с ядром они аннигилируют-процесс, который производит один или два пиона и разбивает ядро на фрагменты. Горячие ядерные осколки быстро сбрасывают свою энергию в топливную смесь, нагревая ее до точки воспламенения. Этот метод позволяет зажигать с энергией импульса привода порядка 100-10 000 раз больше энергии пучка, в зависимости от количества используемого антиматерии. Следовательно, при заданной мощности луча тяговая мощность может быть намного выше, чем при нерасширенном МКФ D-3He, и для движения вперед требуется больше энергии, так как для питания приводных лучей требуется меньше энергии. Как и весь синтез D-3He, 1/4 энергии импульса теряется в виде нейтронов и тормозных рентгеновских лучей. « Конверсионная инициированная микрофузия » Как только уже упомянутые ранее монополи станут широко доступными, их можно будет использовать для воспламенения термоядерного синтеза в топливе D-3He. Топливная таблетка представляет собой покрытый пластиком шар из дейтерия/гелия-3 в виде льда с железным сердечником, наполненным монополями и антимонополями. Когда ударная волна от пучков-драйверов ионизирует электроны ядра железа, монополи могут начать преобразовывать нуклоны в ядре железа в пионы и лептоны. Оттуда реакция протекает так же, как и в AIM, причем ядра железа дробятся при ударе пионов конверсии в горячие ядерные фрагменты, которые, в свою очередь, нагревают топливную смесь дейтерия/гелия-3. Поскольку железный сердечник может быть сильно нагружен монополями, приводные пучки CIM могут производить приводные импульсы с энергией, примерно в 10 000 раз превышающей энергию импульсов приводного пучка. « Использование антиматерии » В тепловых двигателях с антиматерией гранула тяжелого металла, такого как уран или свинец, содержит некоторое количество антиматерии, подвешенной в вакууме уже упомянутыми мною когда-то способами Это выстреливается в магнитное сопло и взрывается с лучами драйвера. Поскольку управляющие пучки не должны обеспечивать какого-либо значительного сжатия, а должны просто разрушать оболочку из антивещества, энергия импульса управляющего пучка по существу ничтожна. Мощность, доступная для факельных приводов этой конструкции, зависит только от конструкции катушек возбуждения. Из-за высокой стоимости антивещества это обычно не используется для длительного толчка. Вместо этого приводы наведения могут иметь запас антиматерии-тепловые гранулы для ограниченного времени горения при высокой тяге. Высокая тяга топливных гранул AT ( которая может быть в 10 или 100 раз больше тяги, обеспечиваемой стандартным топливом ) приходит в обмен на эффективность, которая обычно снижает удельный импульс до уровня ниже 10.000 секунд.