Один з інженерів НАСА знайшов абсолютно новий спосіб, за допомогою якого можна послати космічні апарати на великі відстані

Інженери та вчені, які проектують сучасні космічні апарати використовують в своїх розробках традиційні, не раз перевірені часом, реактивні двигуни. Але виконуючи навіть нескладні маневри, такі як корекція орбіти космічного апарату, реактивні двигуни витрачають досить велика кількість палива. Намагаючись вирішити проблему космічних польотів на великі відстані, один з інженерів НАСА знайшов абсолютно новий спосіб, за допомогою якого можна послати космічні апарати на великі відстані, використовуючи всього кілька грамів палива, що в десятки разів ефективніше, ніж сучасні реактивні двигуни.

Ключовим моментом нової технології, згідно заявам винахідника, є ядерний синтез. Ядерний синтез? Звучить вельми неправдоподібно, але винахідник представив докази працездатності свого дітища на Симпозіумі IEEE розробок у галузі ядерного синтезу (IEEE Symposium on Fusion Engineering), що відбувся в Чикаго.

Ядерний синтез у традиційному його розумінні, використовує в якості палива дейтерій і тритій, але в новому космічному двигуні паливом буде бор. Використання бору в якості палива має кілька ключових переваг перед звичайним термоядерним синтезом. Реакцією синтезу, в якій нейтрони становлять менше 1 відсотка переносять енергію частинок, управляти набагато легше.

«Використання нейтронів є проблематичним з-за труднощів, пов’язаних з управлінням реакцією термоядерного синтезу» – стверджує Джон Дж. Чепмен (John J. Chapman), винахідник двигуна, інженер і фізик з Дослідницького центру НАСА в Ленглі Вірджинії. – «Використовуючи нейтрони, ви потребуєте з абсорбуючою стіні, яка перетворює кінетичну енергію частинок в теплову енергію. Насправді, двигуни на основі звичайного термоядерного синтезу є незвичайними тепловими двигунами з усіма витікаючими звідси втратами і обмеженнями».


Рис. 1.

У схемі ядерного реактора синтезу Чепмена ініціатором реакції є потужний лазер, який, завдяки розвитку технологій, вже доступний для застосування в такій області. Промінь лазера, з енергією 2х1018 Ват на квадратний сантиметр, частотою імпульсів 75 МГц і довжиною хвилі від 1 до 10 мікрометрів, б’є в двошарову мішень діаметром 20 сантиметрів.

Перший шар – шар металевої струмопровідної фольги товщиною від 5 до 10 мікрометрів. Цей шар відповідає за генерацію електричного поля, напруженістю теравольт на метр, створюваного за рахунок енергії променя лазера, «діє як своєрідний прискорювач протонів» – каже Чепмен. Сильне електричне поле змушує відокремитися від фольги «злива» з високоенергетичних електронів, обумовлюючи появу на фользі позитивного електричного заряду величезного значення. В результаті, між протонами виникають величезні відразливі сили, які змушують металевий матеріал буквально вибухати, викидаючи хмара протонів в напрямку другого шару з плівки бору.


Рис. 2.

Ось де і починається складний «ядерний» танець. Протони, які несуть енергію близько 163 килоэлектронвольт, взаємодіють з ядром бору, створюючи ядро вуглецю. Це ядро вуглецю негайно розпадається, випускаючи альфа-частинку і перетворюючись в ядро берилію. Ядро берилію так само розпадається, випускаючи дві альфа-частинки. Таким чином, кожне ядро бору, що вступило в реакцію, випускає три альфа-частинки, які мають кінетичну енергію 2.9 Мев кожна.

Електромагнітні сили штовхають двигун і альфа-частинки в протилежних напрямках. Альфа-частинки залишають межі двигуна через сопло, забезпечуючи тягу.

Кожен лазерний імпульс може виробити близько 100 тисяч альфа-частинок, роблячи такий метод надзвичайно ефективним, в 40 разів перевищуючи ефективність найдосконаліших сучасних іонних рухових установок. З допомогою бору можна отримати 300 мегават енергії на один моль (11 грамів) речовини. Якщо замість бору використовувати в якості палива гелій-3, то можна добитися показника 493 МВт на моль речовини. Але запаси гелію-3 на Землі досить обмежені, а бор – це широко поширений матеріал.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *