Ещё одним препятствием на пути к пыльным тропинкам далёких планет являются радиационные пояса. Обычно их изображают так:
Но это, конечно, очень упрощённое представление. В реальности всё выглядит примерно так:
Слева показано распределение интенсивности частиц с энергией больше 10 МэВ (внутренний пояс), справабольше 1 МэВ (внешний), обе зоны имеют тороидальную форму, то есть форму бублика. Как можно заметить, чёткой границы у поясов нет, да и нечёткая постоянно меняется, а деление на внешний и внутренний очень условно. Однако вопрос о том, как преодолеть пояса, очевидным образом снимается: нужно всего лишь пролететь сквозь него у полюсов планеты, где интенсивность излучения минимальна. Именно так летали корабли миссий «Аполлон» на Луну. Структура обшивки командного модуля (внутренняя сэндвич-панель с алюминиевыми сотами, слой стеклопластика и внешняя стальная пластина) экранировала излучение с большим запасом, так что полученные астронавтами дозы не сильно отличались от доз, получаемых людьми на МКС. Для примера, на геостационарной орбите (да, как ни странно, она лежит в зоне внешнего пояса) для нормальной защиты достаточно алюминиевой пластинки с эффективной радиационной толщиной 0,01 г/см^2.
Другими словами, на первый взгляд это не такая уж большая преграда. Нодля ракеты. А вот для остального
Космический лифт.
Один из самых популярных альтернативных методов отправки грузов на орбиту в тех книгах, где авторы вообще задумываются над этим вопросом. Ему посвящён целый роман Артура Кларка«Фонтаны рая».
Лифтэто парящая на геостационарной орбите платформа с тросом, протянутым к Земле, и противовесом на внешней стороне. В теории это позволит выводить грузы на орбиту без использования жидкостных реактивных двигателей. Путь наверх займёт гораздо больше времени, но будет дешевле и безопасней.
В теории, разумеется.
Так это видит неизвестный художник. Правда, тут даже до орбиты МКС (400 км) далеко, не то что до геостационарной (35876 км).
На практике сперва лифт надо изготовить. Очевидно, что самая важная его частьэто трос. Его нельзя удлинять бесконечно, в какой-то момент он начнёт рваться под собственным весом независимо от толщины. Из современных конструкционных материалов для такого троса не годится ни один, все они обладают недостаточной удельной прочностью. Единственный потенциальный кандидатэто углеродные нанотрубки, но до создания высокопрочных материалов на их основе ещё очень далеко.
Однако конструирование лифтаэто ещё не всё. Даже если отбросить такие тонкие моменты, как уязвимость устройства и необходимость как-то стабилизировать платформу, остаются упомянутые выше радиационные пояса. И если ракета может пролететь сквозь них у полюсов, то кабинка лифтанет, потому что его нужно строить на экваторе. То есть там, где пояса самые толстые. Кроме того, надо пересекать ещё и гораздо более опасный внутренний поясперспектива не из приятных.
И эта проблема не менее сложна, чем проблема прочности троса. Ведь если ракета летит очень быстро, то на геостационарную орбиту по тросу кабинка лифта будет ползти несколько суток, а то и больше. Значительное время при этом она проведёт в зоне высокой радиации, вынуждая экипаж загорать под жёстким излучением.
С понятными последствиями.
Гаусс-пушка.
При упоминании гаусс-пушки 99.99 % людей представят себе оружие. Пушка же. Сталкер же. И ещё более 9000 игрушек. Неудивительно, но это не только и не столько пушка, сколько система для разгона чего угодно. Вот о ней-то и поговорим.
Суть сего изобретения в чём: есть ряд проводных катушек, называемых соленоидами, есть ствол, есть снаряд из ферромагнетика. Катушки включаются одна за другой, создавая электромагнитное поле, которое и разгоняет снаряд.
Вроде бы круто. Но дьявол таится нет, не в деталях, а в электродинамике.
Для увеличения силы магнитного поля и, как следствие, ускорения снаряда сила тока должна быть как можно более высокой. Импульс жекак можно более кратковременным, иначе катушки будут тормозить разгоняющийся снаряд, кроме того, чем дольше длится импульс, тем больше энергии тратится впустую. Скорость нарастания импульса находится в обратной зависимости от индуктивности, а мощность создаваемого током магнитного поляв прямой.
Объяснение для тех, кто ничего не понял: чтобы увеличить мощность, нужно увеличить индуктивность, а чтобы увеличить скорость снарядауменьшить индуктивность. Получается замкнутый круг. Так что эффекта рейлгана не ждите.
Впрочем, если прошибать рельс из гаусс-пушки и не получится, то её можно использовать как раз для вполне мирных целейзапуска спутников на орбиту. Понятное дело, тут тоже полно проблем. Например, низкий КПД системычтобы его повысить, нужны сверхпроводники, а с ними пока всё печально. Технически значимые материалы переходят в сверхпроводящее состояние при температурах уровня нескольких кельвинов, остальные же пока не имеют перспектив применения. Далее, сама конструкция должна иметь огромные размерыпорядка десятков и даже сотен километров, а если ограничивать перегрузки для вывода на орбиту пилотируемых кораблей (ну, не любит человек долговременные нагрузки по 10g, что уж тут поделать), то размеры становятся ещё больше. Один такой космодром обойдётся ох как недёшево, да и затраты на пуск далеко не факт что окажутся меньше, чем у традиционных ракет-носителей.
Так выглядит снаряд для разрабатываемой SpinLaunch системы. Воз, однако, и ныне там.
Куда больше перспектив запуска у этой штуки есть на Луне, где низкая сила тяжести позволяет резко уменьшить габариты установки, да и сопротивление воздуха мешать не будет. Вот об этом и писал Хайнлайн в «Лунасуровая хозяйка».
Ах да: корректное, то есть академическое название такой конструкции«электромагнитная катапульта», и помимо прочего она используется как замена паровым катапультам на авианосцах. Вдруг пригодится.
Лазерный двигатель.
Интересная штука, не вышедшая, однако, за пределы моделей, а жаль. Во всяком случае, уж в фантастике она точно будет смотреться колоритно, но лично я ничего подобного нигде не встречал.
Суть её заключается нет, не в мощном лазере, который толкает корабль вперёд, а в лазерном «поводке», который разогревает рабочее тело (обычно это простой воздух), сообщая с помощью этого процесса летательному аппарату кинетическую энергию. Основные составляющиеэто наземная лазерная установка, обычно газовый лазер (Lightcraft Technologies использовала углекислотный), зеркала, фокусирующие лазер на рабочем теле, камера всаса, потребляющая атмосферный воздух, ну и традиционный химический двигатель для полёта в разрежённых слоях атмосферы. Однако в любом случае топлива для этого химического двигателя потребуется гораздо меньше.
Выглядит запуск так: корабль получает стартовый толчок, после чего включается лазер, пульсирующий с частотой примерно 25 Гц. С помощью фокусирующих зеркал воздух в рабочей камере разогревается до температур свыше 10000 градусов Цельсия, при которых он переходит в плазменное состояние.
С непривычки можно решить, что это НЛО.
Для реальных полётов конструкция достаточно фантастическая: нужны термостойкие материалы, с которыми всё не так хорошо, как хотелось бы, кроме того, нужны огромные мощности. Для запуска спутника весом 1 кг на низкую околоземную орбиту потребуется лазер в 1 мегаватт. С другой стороны, этим можно относительно дёшево запускать наверх крошечные аппараты. В общем, простора для воображения много.
Ракета-носитель.
Если спуститься с небес на землю и не вдаваться в философские бессмысленные проекты вроде космического фонтана (высоченной башни, постоянно находящейся в движении) или астроинженерные невозможные сооружения вроде опоясывающей Землю по экватору небесную эстакаду, на сегодня это единственный массово эксплуатирующийся (и, собственно, вообще единственный существующий) способ доставки грузов на орбиту.
При этом, как ни странно, в космической фантастике его не любят. Как правило, процедура взлёта там вообще описывается отстранённо, без подробностей, да и те если есть, ничего не говорят читателю. В целом это правильный ход: если автор пишет космооперу, меньше всего ему нужно ограничивать себя реальностью. В конце концов, у него в сюжете главноеэто пиу-пиу, бах-бах, бдыщ и бух, ну и немного ох, ах и а-а-ах. Даже в твёрдой НФ это не так важно: скажем, концепт «Эдема» или «Соляриса» вообще никак не зависит от того, каким образом взлетают там корабли. Книгао другом.