Міжзоряний прямотічний двигун Бассарда

Міжзоряний прямотічний двигун Бассарда (англ. Bussard ramjet) — концепція ракетного двигуна для міжзоряних польотів, запропонована в 1960 році фізиком Робертом Бассардом.

Будова двигуна ред.

Основою концепції є захоплення речовини міжзоряного середовища (водню і пилу) космічним апаратом, що йде на високій швидкості, і використання цієї речовини як робочого тіла (або безпосередньо палива) в термоядерному ракетному двигуні космічного апарата. Захоплення речовини міжзоряного середовища здійснюється потужним електромагнітним полем, що у наближенні має конфігурацію широкої воронки, спрямованої вперед по вектору швидкості космічного зонда. Імовірно, діаметр зони дії поля повинен становити тисячі або десятки тисяч кілометрів. Суттєвою особливістю такої схеми буде практично повна паливна автономність космічного зонда: будучи розігнаним наявним на борту запасом палива до деякої швидкості, що забезпечує достатній приплив міжзоряного водню у вхідний колектор, тобто до входу в «прямоточний режим», космічний апарат зможе рухатися далі з постійним прискоренням, не вимикаючи приводу і не переходячи на інерційний політ.

Запропоновано два основних варіанти використання захоплення міжзоряного водню:

Як робоче тіло для ТЯРД, при власному запасі термоядерного палива на борту (RAIR).
Безпосередньо як термоядерного палива.

Теорія і проблематика концепції ред.

Міжзоряне середовище містить речовину в кількості близько 10⁻²¹ кг/м³, в основній масі — іонізований і неіонізований водень, невелика кількість гелію і практично ніяких інших газів в помітній кількості. Відповідно, через колектор космічного зонда повинен пропускатися об'єм простору порядку 10¹⁸ м³ для збору одного грама водню. Подібний обсяг вимагає величезного діаметра електромагнітного (електростатичного іонного) колектора і надзвичайно великої напруженості поля.

Виходячи зі складу міжзоряного середовища (в основному водень), саме термоядерний синтез на водневій реакції був запропонований Бассардом в початковій концепції двигуна. На жаль, протон-протонний цикл непридатний для використання в силу виняткової складності його здійснення в термоядерному реакторі. Відповідно, більш придатні термоядерні реакції інших типів, зокрема ²H + ²H → ³He + ¹n + 18 МэВ, або ²H + ³H → ⁴He + ¹n + 20 МеВ, але необхідні для них ізотопи надзвичайно рідкісні у складі міжзоряного середовища.

Вихід, в принципі, був запропонований у використанні термоядерних реакцій CNO-циклу, де вуглець є каталізатором термоядерного горіння водню.

Проте в будь-якому т. зв. каталітичному циклі ядерного синтезу реакції протікають вкрай повільно, і щільність потужності незначна (для порівняння: в центрі Сонця енерговиділення становить всього лише близько 1 вата на кубічний сантиметр). За час прольоту речовини навіть за найоптимістичніших припущень може прогоріти лише незначна його частка.

У 1974 році Алан Бонд запропонував концепцію RAIR (ram-augmented interstellar rocket), що вирішує проблему важко здійснюваного термоядерного синтезу на протон-протонному циклі. У цій схемі вхідний в колектор протонний потік гальмується до енергії близько 1 МеВ і бомбардує мішень з ізотопів літій-6 або бор-11. Реакція літій-протон або бор-протон здійснюється простіше протон-протонної і дає значний вихід енергії, яка збільшує швидкість витікання робочого тіла із сопла двигуна. Така термоядерна реакція може проходити і з використанням малих кількостей антиматерії як каталізатора.

У концепції двигуна Бассард, водночас, існують значні теоретичні проблеми через фактор опору міжзоряного середовища — передача імпульсу від зустрічного потоку речовини на колектор і далі космічний апарат, що вимагає перевищення тяги двигуна над показником опору.

В даний час робота над концепцією триває в рамках теоретичних пошуків.

Ключова проблема «прямоточника» також у тому, що «магнітна воронка» аж ніяк не виконуватиме функцію массозбирача так, як передбачалося автором концепції. Швидше, вона буде вести себе як «гальмо» (див. «Магнітна пробка», «пробкотрон», «Адіабатичний інваріант»).

Ще одним недоліком термоядерного прямоточного двигуна (навіть на найбільш ефективному протон-протонному циклі) є обмеженість швидкості, якої може досягти оснащений ним космічний апарат (не більше 0,119c = 35,7 тис. км/с). Це пов'язано з тим, що при уловлюванні кожного атома водню (який можна в першому наближенні вважати нерухомим відносно зірок) космічний апарат втрачає певний імпульс, який вдасться компенсувати тягою двигуна тільки якщо швидкість не перевищує деякої межі. Для подолання цього обмеження необхідно якомога повніше використання кінетичної енергії атомів, що є досить важким завданням.

Див. також ред.

Примітки ред.

Джерела ред.

Bussard Ramjet(англ.)