Дмитрий Селин – Лунный рубеж (страница 9)

Надежность отражателя и покрытия проверили во время атомных взрывов на атолле Эниветок. Стальные сферы покрыли слоем графита и разместили в 9 метрах от ядерного устройства. Ядерный взрыв испарил графит, но сферы остались неповреждёнными.

Так же рассматривались проекты, где ядерный взрыв испарял рабочее тело, создающее реактивный импульс. Инженеры американской компании «Мартин» предложили свой вариант взрыволета. Этот корабль предназначался для вывода грузов на орбиту Земли. Если в «Орионе» взрывы происходили снаружи корабля, то в «Мартине» ядерные заряды взрывались внутри большой сферической камеры, заполненной водой. Образовавшийся после взрыва пар вырывался из взрывной камеры со скоростью в несколько десятков километров километров в секунду обеспечивая реактивную тягу.

Во избежание радиоактивного загрязнения, ракета сначала поднималась на высоту 150 км с помощью химических двигателей, и только потом использовался ядерный двигатель. Стартовая масса корабля составляет почти 1500 тонн, из которых 1000 тонн – вода, и 90 тонн полезная нагрузка. В процессе проработки проекта от воды отказались и вернулись к схеме "Ориона", но с весьма существенным дополнением. Предполагалось использовать твёрдые диски: их предлагали сбрасывать вслед за бомбой, взрыв которой воздействовал бы на диск, испаряя его и обеспечивая дополнительный импульс за счёт продуктов испарения.

Очень похож на проект компании «Мартин» корабль под названием «Гермес». Здесь также используется сферическая камера, но вот заполняется она не водой, а водородом. При этом скорость истечения рабочего тела из двигателя на порядок выше.

Аналогичные проекты были и в СССР. В 1961 по предложению академика Сахарова начали проработку «ПК-3000» («Пилотируемый комплекс со стартовой массой 3000т») и «ПК-5000» со стартовой массой 5000т. Полезная нагрузка, выводимая на орбиту, в этих вариантах составляла 800 и 1300т соответственно, что составляло около 25% от стартовой массы - очень высокий показатель, у нынешних ракет он составляет около 10%.

Все подобные проекты на протяжении 1960-1990 годов так и остались на стадии концептуальной проработки и красивых рисунков. Причиной сворачивания работ, кроме понятной технической сложности, стала антиядерная истерия, усиленная нагнетаемая среди человечества. Как и любая истерия, никаких доводов разума она не приемлет и никакого полезного для развития человечества результата обеспечить не в состоянии.

В результате единственная доступная на сегодняшний день человечеству технология полётов в дальний космос до сих пор остаётся под запретом, формально основывающемся на Московском договоре, запрещающем производить любые ядерные взрывы в космическом пространстве.

При выходе России из Московского договора, кроме обеспечения национальной безопасности, открываются возможности для реального создания импульсно-ядерных космических кораблей, способных на первом этапе обеспечить освоение Солнечной системы в пределах Главного пояса астероидов.

Для первого испытания принципа ядерно-импульсного движения возможно использовать сборку из нескольких одноразовых ядерно-импульсных двигателей (ЯИД), поставленных друг на друга.

Модуль ЯИД представляет собой цилиндр с параболической крышкой и открытой другой стороной. Внутреннее пространство модуля заполняется инертным рабочим телом, испаряющимся при подрыве маломощного, до 2 килотонн (в габарите 152/155 мм артиллерийского снаряда) ядерного устройства. Со стороны открытой части корпуса-отражателя рабочее тело имеет параболическую выемку, для последовательной установки модулей друг на друга "впритык", обеспечивающей передачу импульса конструкции корабля-демонстратора по всей площади соприкосновения модулей ЯИД друг с другом.

Эскиз автора книги

Для первых демонстраторов хватит сборки из двух-трёх модулей ЯИД, приводимых в движение ядерными устройствами мощностью не более ста тонн ТНТ каждый. Такую конструкцию, внешними габаритами и массой базового модуля космической станции "Мир" на НОО способны за один пуск вывести "Протон" или "Ангара-5".

Физическое профилирование рабочего тела - использование разного по плотности вещества и послойная его укладка в корпусе-отражателе ЯИД позволит обеспечить направленный выброс как продуктов ядерного взрыва, так и продуктов испарения рабочего тела в нужную сторону.

Даже такой корабль-демонстратор может достичь скорости 20-25 километров в секунду. Понятно, ускорения при взрывном разгоне такого демонстратора будут достигать сотен G и это будет сугубо автоматический космический корабль.

Однако надо с чего-то человечеству начинать свой галактический путь.

Глава 8 Движитель на основе динамического эффекта Казимира (техпроцесс 600/300 нм)

Эффе́кт Ка́зимира (эффект Казимира — Полдера) — эффект, заключающийся во взаимном притяжении проводящих незаряженных тел под действием квантовых флуктуаций в вакууме. Чаще всего речь идёт о двух параллельных незаряженных зеркальных поверхностях, размещённых на близком расстоянии, однако эффект Казимира существует и при более сложных геометриях.

Основные постулаты, лежащие в основе работы движителя на основе динамического эффекта Казимира - "квантового весла":

1. Квантовый движитель на динамическом эффекте Казимира является открытой системой, использующий квантовые эффекты на наноуровне

2. Квантовый движитель на динамическом эффекте Казимира для работы требует подвода энергии извне и НЕ является "вечным двигателем" первого и второго рода

3. Квантовый движитель на динамическом эффекте Казимира работает в среде нестационарного (т.н. "ложного") вакуума, имеющего энергетический потенциал выше истинного вакуума

4. Квантовый движитель на динамическом эффекте Казимира за счёт подвода энергии извне создаёт нестационарные состояния в нестационарном вакууме, что позволяет из виртуальных фотонов делать реальные и за счёт "отталкивания" от них создавать тягу

Опыт Чалмерса (2011 г.) подтвердил возможность генерации реальных фотонов с помощью движущегося зеркала со скоростью >0.1 скорости света.

Конструктивно единичный движитель состоит из изготовленной на кремниевой подложке по техпроцессу 12 нм (TSMC FinFET или аналог) нанополусферы, покрытой чередующимися слоями проводников и изоляторов. Число слоёв равно 15 - по восемь слоёв проводника и семь слоёв изолятора, первый и последний слой - проводник. Материалы и толщина слоёв:

Проводник - золото Au, толщина слоя 40 нанометров

Изолятор - диоксид титана TiO2, толщина слоя 10 нанометров

Принцип работы единичного движителя (нанополусферы с многослойным покрытием Me-изолятор) - статический эффект Казимира, созданный в пакете слоёв металл-изолятор, топологически смещается подаваемым на внешний и внутренний слой проводника пилообразным ВЧ напряжением. Получается аналог "весла", отталкивающего при сдвиге за счёт ВЧ модуляции вакуумные флуктуации эффекта Казимира. За счёт этого создаётся тяга на наноуровне, при этом законы сохранения энергии/импульса НЕ НАРУШАЮТСЯ - без подвода электромагнитной энергии движитель не работает.

Механизм генерации тяги:

Сила тяги возникает из-за асимметричного изменения энергии во времени (пилообразный сигнал) и изначальной асимметрии геометрии (выпуклые полусферы). Асимметрия (выпукло-вогнутая геометрия) создает статический градиент давления Казимира - давление вакуума с внешней (выпуклой) стороны нанополусферы с многослойным нанопокрытием больше, чем с внутренней (вогнутой) стороны.

За счёт ВЧ модуляции пилообразным сигналом область статического градиента сил Казимира сдвигается вперёд-назад по оси симметрии нанополусферы, выполняя "взмах весла".

1. Фаза "захвата" (сжатие): ВЧ-сигнал уменьшает эффективный зазор.Сила Казимира растёт. Виртуальные фотоны "отталкиваются" к вогнутой стороне.

2. Фаза "сброса" (расширение):ВЧ-сигнал увеличивает зазор. Сила резко падает система движется по инерции.Направленный поток виртуальных фотонов создаёт реактивную тягу.

За один цикл ВЧ (период T) изменение энергии ΔE создает импульс силы в направлении от выпуклой стороны (вверх). По закону сохранения импульса нанополусфера движется в противоположном направлении - в сторону кремниевой подложки и та передаёт движение на корпус.

Понятно, что для получения значимых рабочих параметров с одного тягового модуля необходимо его изготовление по техпроцессу 12 нанометров и менее, как сказано в описании выше. Ведь основным ограничением уровня тяги является ёмкость пакетов конденсаторов, ограничивающая частоту подаваемого ВЧ напряжения, модулирующего вакуумные флуктуации в системе. Чем меньше размер конденсатора – тем меньше его ёмкость. Так как вакуум - среда безынерционная, поэтому наблюдается прямая зависимость:

Чем выше частота ВЧ модуляции, тем сильнее нереактивная тяга при прочих равных параметрах

Повысить частоту можно исключительно снижением размеров пакетов конденсаторов, в которых возникают вакуумные флуктуации. Всё точно так же, как при изготовлении микросхем. Чем меньше техпроцесс, тем выше рабочая частота и выше тяга.

В этом и заключается сложность изготовления подобных движителей - такими техпроцессорам во всём мире обладают всего несколько изготовителей чипов - максимально загруженные заказами. Им банально не до экспериментов и, следовательно, для начала работ над такими движителями надо радикально снизить требования к техпроцессу изготовления. Желательно до весьма отработанных техпроцессов 600/300 нанометров или 0,6/0,3 микрона. Возможно ли это?