Як буде працювати електромагнітний двигун космічного апарата

Протягом багатьох десятиліть єдиним засобом космічних подорожей були ракетні двигуни, які працювали на реактивному русі. Сьогодні, на початку 21 століття, аерокосмічні інженери розробляють інноваційні способи, які зможуть забрати нас геть до зірок, в тому числі двигуни на енергії термоядерного синтезу і антиречовину. Однак є й інші типи. Тип космічного корабля, який буде проштовхуватися в космос електромагнітами, може відвезти нас далі, ніж будь-який з перерахованих методів.

При охолодженні до надзвичайно низьких температур електромагніти демонструють незвичайну поведінку: протягом перших декількох наносекунд після застосування до них електрики вони вібрують. Девід Гудвін, менеджер з програмами Міністерства високих енергій і ядерної фізики США, ще кілька років тому припустив, що якщо цю вібрацію направити в одному напрямку, вона надасть достатній поштовх для того, щоб відправити космічний корабель далі і швидше в космос, ніж будь-який з методів руху, які знаходяться в розробці.

8 липня 2001 року Гудвін представив свою ідею на конференції в Солт-Лейк-Сіті. Давайте розберемося, як могла б працювати електромагнітна силова установка Гудвіна і як вона одного разу може стати основою для космічних кораблів майбутнього.

Поштовх у космос

Американське міністерство енергетики (DOE), як правило, не займається розробкою рухових установок для NASA, однак постійно працює над створенням надпровідних магнітів і дуже швидких і потужних твердотільних перемикачів. В середині 90-х років Гудвін організував проект в NASA, в рамках якого потрібно було продумати систему двигуна без ракетного палива, яка використала потенціал високих енергій і подолала інерцію.

«Здавалося, що є якийсь спосіб використовувати цю технологію, якщо об`єднати вчених DOE і цілі NASA, і в принципі, звідси і пішло», - говорив Гудвін. Від DOE була ідея Гудвіна використовувати в руховій установці космічного корабля переохолоджені надпровідні магніти, які вібрують 400 000 разів на секунду. Якщо цей потужний імпульс направити в одну сторону, можна створити досить ефективну рухову установку зі здатністю набрати швидкість близько одного відсотка від світлової.

Протягом перших 100 наносекунд (мільярдна частка секунди) електромагніт знаходиться в нестабільному стані, що дозволяє йому пульсувати вкрай часто. Після того, як цей період проходить, магнітне поле досягає стабільного стану і пульсація припиняється. Гудвін описує свій електромагніт як звичайний соленоїд, який по суті являє собою надпровідний магнітний дріт, обгорнутий навколо металевого циліндра. Вся структура в діаметрі становить 30,5 сантиметра, довжина її 91,4 см, а вага - 25 кг Провід зроблений з ніобій-олов`яного сплаву. Деякі з цих проводів будуть обгорнуті в кабель. Після цього електромагніт охолоджується рідким гелієм до -269,15 градуси за Цельсієм.

Щоб магніт вібрував, потрібно викликати асиметрію в магнітному полі. Гудвін планував вводити металеву пластину в магнітне поле для поліпшення коливальних рухів. Ця пластину могла бути з міді, алюмінію або заліза. Алюмінієві і мідні пластини краще проводять і краще впливають на магнітне поле. Пластина буде заряджена і ізольована від системи, щоб створити асиметрію. Після пластина буде втрачати електрика протягом декількох мікросекунд, щоб магніт коливався в потрібному напрямку.

«І от, питання в тому, чи можемо ми це нестабільний стан так, щоб рухатися в одному напрямку?», - запитує Гудвін. - «Тут дуже спірний момент. Саме тому ми хотіли провести експеримент». У співпраці з Boeing, Гудвін чекає фінансування від NASA, щоб провести цей експеримент.

Ключовою деталлю системи є твердотільний перемикач, який став би посередником для електрики, посланого від джерела живлення до электромагниту. Цей перемикач здебільшого включає і вимикає електромагніт 400 000 разів в секунду. Твердотільний перемикач виглядає як негабаритний комп`ютерний чіп - уявіть собі мікропроцесор розміром з хокейну шайбу. Його робота в тому, щоб взяти стабільне живлення і перетворити його на потужний імпульс з частотою 400 000 разів в секунду на 30 ампер і 9000 вольт.

Звідки візьметься це харчування?

За межі Сонячної системи

Міністерство енергетики США також працювало над планами щодо створення ядерного космічного реактора для NASA. Гудвін вважає, що цей реактор можна використовувати для живлення системи електромагнітного руху. Міністерство енергетики працювало над забезпеченням фінансування і 300-кіловатним реактором, який міг стати реальністю до 2006 року. Силова установка перетворювала б теплову енергію, вироблювану реактором, в електроенергію.

«Для глибокого космосу, Марса і далі, вам потрібна ядерна енергія, щоб пересунути будь-яку масу», - говорить Гудвін.

Реактор здатний виробляти харчування у процесі індукованого ядерного ділення, яке виробляє енергію, розщеплюючи атоми (наприклад, уран-235). Коли розпадається один атом, він випускає велику кількість тепла і гамма-випромінювання. Півкіло збагаченого урану використовується для живлення атомного підводного човна або атомного авіаносця і з успіхом замінює 3,8 мільйона літрів бензину. Півкілограма урану розміром з м`ячик для гольфу може перебувати на космічному кораблі протягом досить тривалого часу, особливо не займаючи місця.

Теплова енергія з ядерного реактора відмінно підійде для харчування космічного корабля.

«Ви не доберетеся до найближчої зірки, але злітати до гелиопаузе - цілком», - говорить Гудвін. - «Якщо все піде добре, можна набрати швидкість в один відсоток від світлової. Навіть з такою швидкістю дістатися до найближчої зірки можна було б за сотні років, що досить непрактична».

Гелиопауза - це пункт, у якому сонячний вітер від Сонця зустрічається з міжзоряним сонячним вітром, створеним іншими зірками.

Для того, щоб перевозити людей, має бути побудовано велике пристрій, однак електромагніт зовсім невеликих розмірів міг би підштовхнути невеликий дослідницький корабель на досить велику дистанцію. Система, згідно Гудвіну, надзвичайно ефективна. Питання в тому, чи зможуть вчені конвертувати енергію руху, не зруйнувавши сам магніт. Швидка вібрація, швидше за все, поставить магніт перед запитанням бути чи не бути.

Скептики кажуть, що Гудвін зможе змусити магніт вібрувати швидко і часто, але це ні до чого не призведе. Гудвін визнає, що немає ніяких доказів, що його силова установка буде працювати. Але один шанс з десяти є. Зрештою, ще сто років тому люди були твердо впевнені, що ми ніколи не доберемося до космосу.

Повернутися до списку публікацій →