Per aspera ad astra

Ядерно-импульсная ракета, которая использует силу ядерных взрывов для приведения в движение, была впервые предложена Эвереттом и Уламом в 1955 году. Эта концепция была подробно исследована в 1958-1965 годах в рамках американского проекта "Орион". В окончательной концепции взрывы деления должны были происходить за космическим кораблем для ускорения материала топлива, который придаст импульс массивной толкающей плите. Этот импульс, в свою очередь, должен был постепенно передаваться от толкателя к космическому аппарату через пневматическую пружинную систему. Исследование было прекращено из-за размеров транспортного средства, которые были присущи использованию крупных взрывов, а также ограничений, налагаемых договором о запрещении ядерных испытаний. Возможность производить небольшие термоядерные взрывы ( инерционно-ограниченный термоядерный синтез )с помощью лазерного или электронно — лучевого зажигания устраняет две основные проблемы концепции Ориона — большие размеры и исходящее от неё радиоактивное загрязнение. Следовательно, интерес к ядерно-импульсным ракетным конструкциям для применения в Солнечной системе проявили две основные группы в США, занимающиеся лазерным термоядерным синтезом. Лос-Аламосская работа на протяжении долгого времени все еще сохраняла концепцию толкающей пластины, принимая ограничения, которые это накладывает на удельный импульс, главным образом из-за ограничений, установленных на скорость удара облака метательного топлива при абляции толкающей пластины. В отличие от этого, в работе Ливермора использовалась концепция магнитного перенаправления заряженных частиц, образующихся при взрыве, из задней части камеры, чтобы поток заряженных частиц никогда не соприкасался со структурой транспортного средства, тем самым значительно ослабивая удельный импульс. Следовательно, в то время как Лос-Аламосские исследования представляли собой систему с удельным импульсом ~104 сек, Ливерморская работа отметила, что значения ~106 сек. оказались бы более чем достижимыми. Одновременно с этой работой Винтерберг опубликовал свою концепцию системы, которая использовала релятивистские электронные пучки для инициирования термоядерных взрывов и открытый с одной стороны вогнутый зеркальный отражатель для перенаправления потоков частиц. Вновь были рассмотрены специфические импульсы длительностью 106 сек. Как уже отмечалось во введении, этот документ имел большое значение для разработки концепции двигательной установки "Дедала". Топливо перевозится небольшими предварительно сформованными сферами, хранящимися при криогенной температуре, в нескольких одноразовых резервуарах ( размер отдельных сфер в основном ограничен весом необходимой системы зажигания, больший размер сферы требует более тяжелой системы, и настоящая конструкция представляет собой частичную оптимизацию частоты повторения взрыва против веса системы ). Топливные гранулы впрыскиваются в реакционную камеру с высокой скоростью, чтобы достичь целевой точки в нужное время. Предлагается добиться этого, снабдив каждую гранулу тонкой сверхпроводящей оболочкой и разгоняя их в камеру с помощью электромагнитной пушки. Это просто включало бы массив катушек и конденсаторов, производящих бегущую магнитную волну, на которой гранула ускорялась бы. Когда гранулы достигают целевой точки, они одновременно поражаются мощными электронными пучками. Внешние слои гранул удаляются из-за высоких скоростей нагрева и осаждения энергии в этих внешних областях. Эта абляция приводит к образованию очень высоких поверхностных давлений, а топливо сжимается и нагревается ударом, при этом центральное ядро достигает температур, при которых могут происходить реакции термоядерного синтеза. Полученный плазменный шар обладает высокой электропроводностью и отводит магнитное поле в сторону от реакционной камеры. Это поле имеет конусообразную геометрию внутри реакционной камеры, так что существует достаточный поток внутри стенки камеры, чтобы защитить его от плазмы. Поле медленно расходится вниз по потоку камеры, чтобы направить выхлопные продукты в осевом направлении, и силовые линии также должны идти от генераторов электронного пучка к целевой точке, так что электроны не должны пересекать какие-либо силовые линии. Из-за быстроты деформации магнитного поля он будет эффективно ограничен и сжат между проводящей оболочкой стенки камеры и плазменным шаром. Кинетическая энергия плазмы будет временно сохранена в магнитном поле, которое затем обратит движение плазмы и выбросит ее с большой скоростью вдоль оси двигателя. В ходе этого процесса импульс выхлопных газов будет передаваться в реакционную камеру, а затем с помощью упорной конструкции-в транспортное средство. Энергия, необходимая для воспламенения следующих гранул, будет извлечена из реагирующей гранулы через индукционный контур, расположенный на выходе из реакционной камеры. Этот контур будет заряжать большое количество линий передачи с высоким потенциалом. Эти линии передачи изображаются по кругу вокруг оси камеры и фокусируются на целевой точке. Такая конфигурация должна давать хорошее освещение цели, а следовательно, и эффективную имплозию. ВЫБОР ТЕРМОЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Существует много энергетических реакций синтеза, которые теоретически возможны и которые все чаще изучаются в течение последних нескольких лет, чтобы определить, возможно ли их использование на наземных электростанциях с термоядерными реакторами. К таким "экзотическим" видам топлива относятся p-6Li, D -6Li, p -9Be, D -9Be, p -10B, p -11B и p -15N. Однако не все из этих реакций могут быть воспламенены, чтобы дать чистое производство энергии ( мощность, производимая больше, чем мощность, необходимая для поддержания реакции ), а другие требуют доведения до температур, намного превышающих те, которые могут быть легко достигнуты. Эти проблемы частично связаны с использованием элементов с высокими атомными номерами ( по отношению к водороду и гелию ), что приводит к увеличению потерь тормозного излучения в создаваемой плазме. Поэтому до сих пор только три реакции, по-видимому, имеют практическое применение, даже в долгосрочной перспективе. Это реакции, происходящие между двумя изотопами водорода дейтерием (2D) и тритием (3T) и легким изотопом гелия (3He). Интересующие реакции могут быть записаны следующим образом ( где цифры в скобках, следующие за продуктами реакции, представляют собой энергии частиц в МэВ, а α-массовое трение, преобразованное в энергию в реакции ): 2Д + 3Т → 4он(3.5) + 1п(14.1) α=0.0038 2Д + 2Д → 3Т(1.01) + 1п(3.02) α= 0.0011 2Д + 2Д → 3он(0.82) + 1н(2.45) α=0.0009 2Д + 3Он → 4он(3.6) + 1п(14.7) α=0.0039 Видно, что реакция D-T и нейтронная ветвь реакции D-D высвобождают около 80% и 35% энергии реакции в виде нейтронов. Этот фактор имеет важное значение для технологии наземных термоядерных реакторов, поскольку ожидается, что в реакторах первого поколения будет использоваться D-T, который является самой простой реакцией для воспламенения, и нейтроны могут быть использованы для размножения трития в литиевых оболочках, окружающих активную зону реактора. Однако использование реакций D-T и D-D в космических двигательных установках приводит к весовым штрафам в виде защитной массы, чтобы остановить нейтроны повреждают конструктивные элементы транспортного средства и вызывают радиационно-индуцированные неисправности в чувствительных зонах, а отработанное тепловое излучение оборудования рассеивает тепло, образующееся в экранах во время процесса остановки. В качестве примера можно привести разработанный Ливермором автомобиль. который рассеивался ~2×10^10 Вт тепла, вызванного нейтронами, потребовало 20 тонн массы экрана и 14 тонн излучателей, чтобы утилизировать только это тепло. Это можно сравнить с массой полезной нагрузки в 100 тонн, а общей массой двигательной установки в 300 тонн. Тем не менее в такой двигательной системе всегда происходят неизбежные нейтронные реакции, обусловленные реакциями D-D в первичном топливе и реакциями D-T между первичным дейтерием и вторичным тритием. Было отмечено, что нейтронные реакции могут составлять менее 5% от общей мощности системы в нейтронах. Кроме того, в системе Дедала топливо будет находиться в сильно сжатом состоянии в течение большей части времени всего термоядерного горения, и большое количество произведенных нейтронов будет удалено через поглощение нейтронов гелия, т. е. 3He + n → 1p + 3T, в холодных наружных слоях лепешки будут немногие реакции Д-т по мере того как уместная скорость реакции очень небольшая под найденными условиями.