Строим звездолет будущего
Из условия теплового равновесия (разогрев по величине "равен" охлаждению) определяется допустимая мощность реактивного двигателя звездолета, и оказывается, что чем выше рабочая температура сверхпроводящего материала тора, тем больше допустимая мощность.
А что можно сказать о покрытии из сверхпроводящей пленки для тора? Известные сейчас сверхпроводники из ориентированных кристаллов сложных окислов итрия, бария и меди выдерживают магнитное поле 3,4 x 104 Гс вплоть до температур 300 К: при больших значениях напряженности эти материалы теряют свои сверхпроводящие свойства. Столь сильное поле проникает внутрь сверхпроводника примерно на 0,1 мм, и, следовательно, сверхпроводящую пленку необходимо сделать хотя бы не тоньше 0,2 мм. Технологии создания таких пленочных сверхпроводников уже существуют.
Генерируемое магнитное поле будет обжимать со всех сторон поверхность самого тора и одновременно растягивать его по диаметру. Значит, токонесущую сверхпроводящую пленку придется наносить на каркас, способный противостоять этим силам. Но для каркаса трудно учесть сразу сжатие и растяжение по разным направлениям, и посему целесообразнее сжатие скомпенсировать давлением изнутри. Тогда вся оболочка тора будет работать только на растяжение, и ее можно будет изготовить, например, из высокопрочного волокна. Говоря о давлении внутри тора, мы имеем в виду не наполнение его газами (что потребовало бы идеальной герметичности), а возбуждение дополнительного магнитного поля кольцевых токов, которые к тому же намного ослабило бы растягивающее воздействие по диаметру.
Что же показывают конкретные расчеты звездолета с ядерным и аннигиляционным двигателями? При толщине тора 22 м и внешнем диаметре 66 м (диаметр "дырки" 22 м) магнитное поле, максимальная напряженность которого на поверхности оболочки составляет 30 000 Гц, выдерживает единичные взрывы с энергией 5x1016 эрг, происходящие на расстоянии 33 м от центра конструкции. Для осуществления протонно-боровой реакций подходят микрозаряды из боранов - соединений ВnHn+2. При частоте взрывов в 330 Гц тяга двигателя составить 30 т с весьма высоким КПД - 70-80%. Тепловой баланс установится при температуре оболочки, меньше 282 К. Требование подавать реагенты в зону реакции лишь после вылета из нее всех продуктов предыдущего взрыва означает, что мишени (масса каждого заряда 0.07 г) должны выстреливаться в зону со скоростью 10 км/с. Технически это реализуемо, например, с помощью современных электромагнитных пушек (ускорителей).
Силовой каркас тора можно сделать из высокопрочного волокна, скажем борового (предел прочности 5900 Н/мм2). Чтобы изготовить оболочку с нужными характеристиками, потребуется 28 т такого волокна и 6 т сверхпроводящей пленки толщиной 0.2 мм.
Чтобы не увеличивать тепловую нагрузку на сверхпроводник, полезный груз лучше разместить вне тора. Поскольку тяга направлена от зоны реакции в сторону конструкции, то наиболее простое решение - подвесить груз наподобие гондолы аэростата - приемлемо только для устойчивой к гамма-облучению аппаратуры, ведь при такой компоновке он заметно приблизиться к месту взрыва. Видимо, более выгодно установить платформы и рабочие отсеки перед оболочкой. Топливо же, электромагнитные пушки и лазерные инициаторы ядерной реакции, наоборот, имеет смысл расположить поближе к зоне синтеза.
Сейчас сказать что-либо определенное о массе звездолета описанной конструкции довольно трудно. Можно лишь гадать, каким будет вес двигательной системы, но ради определенности примем для корабля и полезной нагрузки оценку 150 т. Тогда разгон до скорости 10 000 км/с и полное торможение в конце пути потребует 960 т топлива, так что стартовая масса системы составит 1110 т, т.е. почти вдвое меньше, чем у многоразового корабля "Спйс Шаттл". Правда, при тяге в 30 т звездолет сможет стартовать только из космоса. Полет на таком звездолете до Альфа Центавра продлиться 143 года, а до Эпсилона Эриданаа - 335 лет.