"Открытие мира (Издание второе, переработанное и дополненное)" - читать интересную книгу автора (Ляпунов Борис Валерианович)

АТОМ И ВСЕЛЕННАЯ

Ничтожно малый атом и бесконечно большая вселенная — что общего между ними? Это миры, в познании которых нет конца и края. Хотя наш вооруженный глаз все глубже проникает и во вселенную и в недра вещества, мы сейчас так же далеки от конца этого путешествия, как и в начале его.

К чему же, однако, путешествовать, если известно наперед, что никогда не достигнешь цели? Да и познаем ли мы мир вообще? Не обман ли чувств все, что доносят нам приборы? Слабый луч света, пришедший откуда-то издалека, — вот единственный источник наших знаний о бесконечно далеких небесных светилах. Не обманывает ли он нас? Мы не видим невооруженным глазом даже молекул, лишь приборы говорят о мельчайших частичках — атомах и электронах. Как знать, насколько правдив их рассказ?

Так или примерно так рассуждают некоторые зарубежные ученые-идеалисты, отрицающие возможность познания мира.

Но жизнь блестяще опровергает тех, кто не верит в могущество разума. Истинность познания проверяется практикой. И часто то, что происходит невообразимо далеко от нас, вдруг оказывается частью нашей жизни.

Атом и вселенная — превосходный пример.

Наука, изучая атом, нашла пути для атаки атомного ядра. Открылась новая эпоха, открылась перспектива такого энергетического могущества человека, перед которым бледнеет самая смелая фантазия.

В наших лабораториях взрыв атома «доставил» космос на Землю — человек получил температуры в миллионы градусов, господствующие на звездах. Мы говорим теперь об освобождении атомной энергии, об атомных двигателях, о кораблях, самолетах и электростанциях, которым не нужны бензин, уголь и нефть.

Это не пустые разговоры. Наша станция, где работает «прирученный» атом, успешно дает ток уже несколько лет. Спущен на воду и скоро войдет в строй ледокол «Ленин»: он сможет целый год подряд плавать, не заходя в порты, — благодаря все той же освобожденной могучей энергии. За рубежом построена атомная подводная лодка, совершившая первый длительный переход подо льдами Арктики. Строятся опытные самолеты на ядерном горючем: такие машины без посадки облетят вокруг света.

Атомная техника только еще рождается. В будущем атом обещает покорение вселенной.

Самое лучшее топливо, которое может предоставить химия, даст скорость истечения газов из ракетного двигателя примерно четыре тысячи метров в секунду. На практике, с учетом потерь, — а они неизбежны в любой машине, — получим, вероятно, еще меньшую скорость — около трех с половиной тысяч метров в секунду. Возможно, несколько увеличит эту цифру применение металлических топлив.

Даже лунный пассажирский перелет с возвращением на Землю, пока нет атомной ракеты, представляет большие трудности для техники межпланетных путешествий.

Что же остается сказать о далеких космических рейсах с высадкой на планеты? Неужели они навсегда останутся лишь мечтой?

Нет. Потому-то и хотят устроить склад горючего в мировом пространстве — внеземную станцию.

А ракетам с атомными двигателями будут не страшны препятствия, которые сейчас стоят на пути во вселенную.

В самом деле, расчеты говорят, что энергия атома даст скорость истечения газов не три, а шесть, десять, двенадцать и более километров в секунду.

Чтобы оценить достоинства двигателя и иметь возможность сравнивать различные силовые установки, моторостроители пользуются понятием «удельная тяга». Они определяют, какая тяга развивается при сгорании одного килограмма топлива в секунду. И если подсчитать, какую удельную тягу может дать атомный ракетный двигатель, то превосходство его будет разительным.

Конечно, это подсчеты теоретические, и практика внесет свои поправки. Можно предполагать, что в действительности выигрыш в тяге будет не столь велик, но все же он окажется весьма значительным.

Не только Луна, не только ближайшие к Земле Марс и Венера, но и далекие Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон, о которых мы так мало знаем, станут доступны для межпланетных кораблей.

Ядерное горючее могло бы полностью обеспечить энергией будущие космические корабли. Оно даст возможность совершать полеты даже с высадкой на планеты и спутники планет и повысит надежность межпланетных сообщений. Путешественники не будут испытывать недостатка в энергии, они получат свободу маневра, что особенно важно в космическом рейсе, в котором могут встретиться всякие неожиданности и трудно рассчитывать на пополнение запасов топлива в пути.

Предполагают, что использование атомной энергии позволит сильно сократить сроки межпланетных путешествий. Например, по одному из предварительных расчетов, проделанных французским ученым Эсно-Пельтри, полет на Луну займет всего около четырех часов. За четыре часа атомная ракета преодолеет расстояние триста восемьдесят четыре тысячи километров. Полет на Марс занял бы сорок девять часов, в течение которых было бы пройдено около восьмидесяти миллионов километров. Путешествие на Венеру, за сорок миллионов километров, продолжалось бы тридцать шесть часов. Конечно, эти подсчеты сугубо приближенные, но они показывают, насколько может в будущем возрасти скорость полета. Каждая минута будет означать сотни тысяч и даже миллионы километров!

При термоядерной реакции, превращающей ядра атомов водорода в ядра атомов гелия, когда происходит не распад, а рождение новых атомных ядер, выделяется еще больше энергии — примерно в семь раз больше, чем при взрыве атомов урана.

Ядерные реакции являются неисчерпаемым источником энергии. Если сопоставить теплотворную способность обычных топлив, которые ныне применяются в ракетных двигателях, с ядерным горючим, то разница будет огромной — у ядерного горючего она больше в десять миллионов раз.

Три — три с половиной тысячи градусов — такова наивысшая температура в камере сгорания современного ракетного двигателя. В куске же урана при расщеплении атомов — десятки миллионов градусов. Фантастическая цифра! Мгновенное испарение ракеты — вот что она значит!

Тепло надо использовать так, чтобы газ вытекал через сопло с наивысшей возможной скоростью. При этом двигатель не должен перегреваться. Вот две задачи, которые необходимо решить конструктору атомной ракеты.

Решение может быть таким. Тепло испаряет жидкость, образующийся пар расширяется и устремляется наружу. Из камеры газовый поток вытекает со скоростью в три, пять, шесть раз большей, чем удается достичь сейчас. Путь простой и логичный и, как полагают, пока что единственный.

В качестве рабочей жидкости может быть применен водород. Он хорошо поглощает тепло. Пройдя через атомный реактор, жидкий водород быстро испаряется, нагревается и покидает двигатель. Можно использовать как теплоноситель и воду.

По-видимому, в ракетах будут применяться различные типы ядерных реакторов.

Мы хотели избавиться от необходимости иметь в ракете колоссальный запас топлива. Но если прикинуть, сколько водорода понадобится атомной ракете, цифра получается весьма солидная: несколько сотен тонн! Уменьшить это количество, найти более удобную рабочую жидкость — дело будущего.

Едва ли не сложнее борьба с теплом, которого слишком много выделяется при атомном распаде.

Ибо, хотя и можно управлять выделением энергии, регулируя доступ к атомам урана тех частичек, которые проникают в атомное ядро и разлагают его, все же температура при атомном распаде будет чрезвычайно велика.

Из чего построить двигатель? Какой сплав выдержит столь высокий нагрев? На этот вопрос еще не может ответить современный металлург.

Теплотехник подскажет выход. Надо сделать стенки камеры из пористого материала. Множество мельчайших трубочек-капилляров пронизывает такой материал. Их общая длина огромна, огромной получается и площадь стенок, омываемых горячим водородом. Поэтому лучше, быстрее отводится тепло, не возникает опасная температура. Пропустив водород через такие соты, можно нагреть его до нужной температуры без риска расплавить двигатель.

Борьба с нагревом — важнейшая проблема транспортной атомной техники. Может быть, найдут способы превращения тепла, попадающего на стенки двигателя, в электромагнитную энергию, с тем чтобы таким образом добиться эффективного охлаждения.

Вероятно, техника будущего отыщет и другие пути борьбы с нагревом.

К двум задачам конструктора атомной ракеты надо добавить еще третью — защиту от вредных радиоактивных излучений при атомном распаде путем применения специальных экранов. Думают даже, что при взлете и посадке атомного корабля придется пользоваться обычными ракетными двигателями, а атомные включать лишь в стратосфере — тогда радиоактивная струя не будет опасна находящимся на Земле.

Для разгона межпланетной ракеты принципиально возможно применить не только ракетные, но и воздушно-реактивные двигатели, в которых для сгорания горючего используется кислород окружающего воздуха. Здесь пригодится опыт авиационной техники, успешно применяющей такие двигатели для полетов с большими скоростями.

Надо заметить, что атомная энергия открывает широкие перспективы и для скоростной авиации. Атомные двигатели дадут возможность создавать самолеты, пролетающие огромные расстояния за очень небольшое время.

Как будет устроена атомная ракета, ответ даст будущее. Все, что о ней здесь сказано, — лишь первые, предварительные соображения. Но за рубежом уже появляются первые проекты ракетных кораблей с атомными двигателями. Расчеты говорят, что можно было бы построить подобную ракету, однако весить она будет во много раз больше, чем самая большая современная ракета. Практика покажет, удастся ли осуществить постройку гигантского атомно-водородного (или не водородного, а какого-нибудь другого) атомного ракетного корабля.

Возможны способы создания направленного потока частиц большой скорости, например путем разгона ионов электрическими полями.

В мире мельчайших частиц, из которых состоит вещество, царят самые большие скорости. Почти до скорости света разгоняем мы заряженные частицы в наших ускорителях. Порции света — фотоны — несутся с предельно возможной в природе скоростью — триста тысяч километров в секунду.

Физика атомного ядра открывает перед техникой такие возможности, значение которых трудно сразу оценить.

Со скоростью двадцати тысяч километров в секунду двигаются частицы при атомном распаде. Правда, осколки взорванного атома несутся беспорядочно во все стороны. Но ведь научились же мы создавать поток электронов, скорость которого доходит до многих тысяч километров в секунду. И не только создавать, но и управлять им. В электронных приборах, таких, как электронно-лучевая трубка (вспомним, например, телевизор), мы собираем электроны в пучок, ускоряем их движение, уменьшаем или увеличиваем плотность потока, поворачиваем его. В нашей власти повелевать и другими быстрыми частицами, соперничающими в скорости со светом.

Мы можем управлять потоком газовых частиц при взрыве. Обычно они разлетаются в разные стороны, но если в заряде взрывчатого вещества сделана выемка определенной формы, то струя газа вылетит в одном направлении и при этом в десятки раз быстрее, чем обычно. Направленный взрыв позволяет перебрасывать грунт в точно назначенное место, помогая строить водохранилища и плотины, обнажать пласты угля или залежи руды под землей.

И если со временем в нашей власти окажется и такое управление взрывом атома, которое даст нам направленный поток «осколков» атомного распада, то, избавившись от посредника — жидкого теплоносителя, мы добьемся чрезвычайно высоких скоростей истечения, а с ними и гигантских скоростей самой ракеты.

Последние годы ознаменованы новыми успехами в изучении строения вещества. Открыты «античастицы» — с противоположным зарядом или направлением вращения: антипротон, антинейтрон, позитрон. Иначе говоря, существуют два одинаково построенных, но противоположных, разных вещества! Как огонь и вода, как плюс и минус, они «терпеть» не могут друг друга: соединяясь, уничтожаются, но не исчезают, разумеется, бесследно, а переходят в энергию, в частицы света — фотоны. «Реактор», где соединяются вещество и антивещество, где получается мощный поток фотонов, — таков двигатель фотонной ракеты — разумеется, детища XXI, а может быть и XXII века.

Могла бы струя заряженных частиц или фотонов двигать ракету? Может ли быть построена электронная, ионная, протонная, фотонная ракета? Теоретически — да. Практически — пока еще нет. Но это «нет» не означает невозможность решения подобной проблемы в будущем. Ведь и само разложение атома сравнительно недавно казалось утопией, как и превращение элементов, как и возможность полетов вне Земли.