Электрический реактивный двигатель (ЭРД)
В прошлой публикации – об урановых снарядах - мы вели речь о способности к ударному взрыву многих металлов.
Продолжая начатый разговор, мы узнаем, что такое электрический реактивный двигатель, каковы принципы его работы и сфера применения, и даже получим ответ на вопрос, возможен ли полет на Марс в ближайшее время…
Для начала вернемся к ударным взрывам металлов. Важнейшим условием этого физического процесса является скорость металла.
Если для урана критическая скорость 1 500 м/с, для железа она превышает 4 000 м/с.
Поэтому от некоторых метеоритов, падающих на землю с такой или даже большей скоростью, не остается и следа. Они превращаются в тончайшую пыль...
На такую особенность обратил внимание еще в 1929 году знаменитый создатель наших ракетных двигателей и ракет Валентин Петрович Глушко.
Фото 1. Академик Валентин Петрович Глушко
Он написал статью под весьма интригующим заголовком «Металл как взрывчатое вещество».
В первых же ее строках автор сказал, что речь пойдет не об использовании металла в качестве взрывчатки, а о том, что при пропускании достаточно сильного импульса электрического тока через металлическую проволоку может произойти взрыв.
Температура при этом повышается до 300 000 градусов. Энергия такого взрыва превышает во много раз энергию взрыва самого мощного взрывчатого вещества, взятого в количестве, равном массе проволоки.
При этом сама энергия превышает энергию вызвавшего его импульса тока.
Электрический реактивный двигатель
Энергия такого взрыва была использована В.П. Глушко в миниатюрном электрическом реактивном двигателе (ЭРД), разработанным в начале 1930-х годов.
Двигатель легко умещался на ладони.
В него поступала металлическая проволока и подавались электрические импульсы, превращающие ее в пар.
Фото 2. Электрический реактивный двигатель (ЭРД), созданный В.П. Глушко в 1929-1933 гг.
Этот пар выходил через специальное сопло со скоростью в несколько десятков тысяч метров в секунду.
Для космонавтики это значит очень многое.
Чтобы достичь второй космической скорости (11 км/с), вес топлива, баков и корпуса ракеты на керосине и жидком кислороде должен составлять более 99 % ее стартового веса.
Таким образом, на долю полезного груза приходится лишь сотая часть.
Это связано с недостаточно большой скоростью истечения продуктов сгорания, около 3 400 м/с.
Если же взять ЭРД со скоростью истечения 25 - 30 км/с, то вес полезной нагрузки может увеличиться в 20 раз!
ЭРД: полет на Марс возможен!
Для полета на Марс требуется скорость 30 км/с. И здесь без ЭРД не обойтись.
Тогда вопрос: почему же мы сегодня не гуляем по Марсу, коль необходимый для этого двигатель существовал еще в 1932 году? Причин много. Вот хотя бы некоторые.
ЭРД способен работать только в пустоте космического пространства.
В обычной лаборатории вытекающая из него струя испарившегося металла смешивалась с воздухом и теряла скорость. Так, что даже тягу двигателя нельзя было достоверно измерить.
Лет через 20 подобные двигатели стали испытывать в специальных, очень дорогих вакуумных камерах.
Фото 3. Использования ЭРД делает возможным полет на Марс
Оказалось, что тяга подобных двигателей очень мала. Ее недостаточно даже для отрыва (только лишь двигателя!) от земли.
Тогда зачем же они нужны?
Они нужны для «неторопливого», длительного разгона в невесомости.
Смотрите. Если на тело массой 1 кг длительно действует сила 0,01 н (1 г), то через 28 часов оно приобретет скорость артиллерийского снаряда - 1 км/с, через 32 дня - 8 км/с (это первая космическая скорость), через 4 месяца - 30 км/с (третья космическая скорость), позволяющую лететь на Марс или вообще покинуть Солнечную систему.
Чтобы за 4 месяца набрать скорость 30 км/с, двигатель должен потреблять мощность... 300 Вт.
Не так много, в 3 раза меньше мощности утюга! Но у утюга есть розетка, а где взять розетку в космосе?
В качестве источника энергии для ракеты, оснащенной ЭРД, В.П. Глушко предложил использовать фотоэлементы.
Ракета, оснащенная такими двигателями, самостоятельно выйти в космос не может. Для старта должен применяться другой двигатель.
Но после выхода в космическое пространство «солнечная» ракета, оснащенная ЭРД, могла бы за несколько суток набрать такую скорость, которая недоступна для ракет любых других типов.
Подобная схема полета на Марс ныне рассматривается в российском проекте высадки космонавтов на Красную планету.
|