Факельный двигатель

Материал из Викитропов
Перейти к навигации Перейти к поиску

Факельный двигатель (torch drive) — очередное научно-фантастическое космическое резиновое чудо. Когда безопорный двигатель и хочется, и колется (он всё-таки нарушает слишком много законов физики), то писатель-фантаст придумывает ему правдоподобную замену. Этот двигатель вроде бы как честно реактивный. Но по характеристикам — чудо, а не двигатель: и тяга у него сумасшедшая, и удельный импульс такой, что заправил в воскресенье и летаешь по Солнечной системе всю неделю. И если у обычного реактивного двигателя запаса рабочего тела хватает лишь на кратковременный разгон с последующим полётом по заданной траектории и столь же же кратковременное торможение при подлёте к цели, этот чудо-двигатель работает, работает и работает на протяжении всего полёта, обеспечивая постоянный разгон на первой половине пути и постоянное торможение — на второй.

Каким образом этот двигатель насмехается над уравнением Циолковского? Ответ находится в самой формуле — при сверхвысокой скорости истечения рабочего тела даже сверхмалого количества рабочего тела будет достаточно для придания кораблю достаточной скорости, а значит имеющегося запаса топлива хватит на очень долгое время. Именно на таком принципе работает в реальной жизни ионный двигатель. Но откуда тогда дикое ускорение, почему тяга не сверхмалая, как у ионника? Объяснений может быть много.

  • Супертопливо: оно, извольте видеть, очень энергоёмкое и за счёт своей суперэнергии дает очень высокую скорость истечения. На самом деле для такого решения «в лоб» нужно не супертопливо, а суперброня — компактные мощные энергоносители мы и сейчас делать умеем — атомная бомба называется. Вопрос в том, как сделать, чтобы двигатель вместе с остальным кораблём не испарился в процессе — ведь вся проблема ракетостроения как раз в том и заключается, что энерговыделение пропорционально тяге, помноженной на скорость истечения;
  • Электрический (ионный или плазменный) двигатель на Супербатарейках, в котором рабочее тело (в идеале — любая материя) превращается в плазму, а потом разгоняется до очень высокой скорости невероятно мощным электромагнитным полем. Питается от карманной Братской ГЭС, микроколлапсара, контейнера с антивеществом, или термоядерного реактора Mr. Fusion, превращающего любые отходы (от пустых консервных банок рациона экипажа до продуктов его жизнедеятельности) в гигаватты электроэнергии. Тем более для столь короткого времени полёта нет смысла устраивать на корабле замкнутый цикл переработки отходов. На практике полёт хоть и в разы быстрее, но все равно не короткий, так что если лететь условно пару месяцев вместо пары лет, все равно потребуется перерабатывать хотя бы воду и воздух;
  • Это очень сложная наука! Автор не дает объяснения принципу работы факельного двигателя, просто вворачивает немного технотрёпа и называет двигатель по фамилии некоего гениального изобретателя.

Следует отметить, что не всегда факельный двигатель — признак резиновой науки и дешевой космооперности. Есть некоторые проекты, которые в случае успеха помогут создать факельный двигатель в реальной жизни. О них подробнее — в разделе «Реальная жизнь».

Примеры

Литература

  • Первоисточник названия — рассказы Роберта Хайнлайна, в которых двигатель напрямую называется факельным. Довольно опасен в использовании: срыв факела — и звездолёт превращается в затухающую вдали вспышку.
    • «Спасательная экспедиция» — на космической станции возле Плутона началась эпидемия. Если лететь на обычном ускорении в 1G, соответствующем земной тяжести, то за 18 дней все триста человек умрут. Чтобы успеть привезти лекарства за четыре дня, двум пилотам приходится лететь на 3,5G. Успевают, но от продолжительной перегрузки старший пилот умирает, а молодой — превращается в дряхлого старика.
  • The Expanse: двигатель Эпштейна. Термоядерный двигатель, соответствующий всем признакам факельного, позволяет летать с постоянным высоким ускорением. Несмотря на то, что термоядерные факельные двигатели теоретически возможны в реальности, двигатель Эпштейна сказочен даже по их меркам. Да, двигатель с такими характеристиками собрать теоретически возможно. Нет, систему радиаторов для охлаждения, или иной способ защитить планетолет от сожжения собственным двигателем, под него рассчитать не получится.
  • «Песни Гипериона» Д. Симмонса — здесь тоже используется термин «факельный двигатель».
  • «Звездопроходцы» А.Зорича — фотонные звездолёты, предшествовавшие люксогеновым сверхсветовых звездолётам. По принципу движения корабли схожи с «Хиусом» у АБС с поправкой на межзвёздность. При этом для экстренных случаев имеется Закрытый режим работы, при котором в фокус отражателя сначала подаётся порция осмия, а затем включается двигатель и превращается в сверхмощный излучатель, способный прожечь любую защиту потенциального противника.
  • «Лунная Радуга» С. Павлова — местные стеллараторные двигатели производят впечатление именно таких. Во всяком случае, делают внеземную промышленность рентабельной и позволяют добираться даже к Нептуну или Сатурну за вменяемое время. Проблемы с топливом не упоминаются: даже на законсервированной и полуразобранной «Анарде», постепенно переделываемой в станцию на орбите Япета, топлива столько, что хватило угонщику Мефу Аганну улететь куда-то в Облако Оорта (где старенький реактор наконец долбанул термоядерным взрывом).
  • «Лучший экипаж Солнечной» Олега Дивова — тут все корабли ходят на таких («на традиционной ядерной тяге», как описывает её сам автор, хотя совершенно непонятно, что это за зверь — то ли реактор синтеза, то ли синтез прямо в дюзах, то ли ЯЭДУ). Когда военные астронавты куда-то спешат, всю дорогу приходится носить специальные противоперегрузочные защитные костюмы. А без спешки «Группа F» добирается от Марса до Земли за несколько дней без всяких проблем с рабочим телом.
  • Мир Полудня («Страна Багровых Туч», «Путь на Амальтею» и «Стажёры») А. и Б. Стругацких — фотонный двигатель планетолётов «Хиус» и «Тахмасиб». Позволяет летать на одной заправке чуть ли по всей Солнечной системе (хотя капитан Быков и ворчит на навигатора Крутикова, рассчитавшего слишком энергозатратную траекторию: «Ты что думаешь, на орбите Юпитера нам новую заправочную станцию уже построили?»), способен в маршевом режиме неделями поддерживать ускорение в 1 G, а на форсаже выдавать до 18 G.
  • «Планета белой расы» А. Прозорова — для колонизации Венеры был разработан экспериментальный (а во второй книге дилогии — уже серийный) взрыволёт по образу и подобию того же «Ориона». Микроскопический термоядерный взрыв толкает стальную плиту, которая через пружины толкает корабль. При этом офигенно мощный двигатель позволяет обеспечивать простую и безопасную посадку: вместо сбрасывания орбитальной скорости через трение об атмосферу достаточно просто развернуться хвостом вперёд и затормозить, после чего корабль просто начнёт падать вниз и планировать до ближайшего аэродрома.
  • «Туманность Андромеды» Ивана Антоновича Ефремова — анамезонные двигатели. Используют в качестве топлива анамезон — выдуманное метастабильное вещество с разрушенными мезонными связями ядер атомов, обладающее близкой к световой скоростью истечения. Именно благодаря анамезонным двигателям космические корабли землян (и ряда других гуманоидных рас Великого Кольца) исследуют дальний космос. Пока что очень медленно и сталкиваясь в холодных глубинах Вселенной со множеством опасностей — увы, до сверхсветового двигателя, который появится только в Эру Встретившихся Рук, описанную в «Часе Быка», коммунарам ещё жить и жить. Хотя именно в «Туманности» описан первый опыт, сделавший сверхсвет возможным в дальнейшем.

Кино

  • Star Wars: все без исключения двигатели, которые не «гипер» и не антигравитационно-безопорные. Даже местный ионный двигатель — не слабосильная гонялка спутников, а зловеще завывающий главный двигатель имперского истребителя.

Телесериалы

  • Франшиза «Star Trek» — корабли Федерации и большей части прочих рас Альфа-квадранта использует для перемещения в реальном пространстве импульсные двигатели. По сути, эта разновидность магнитноплазменного реактивного двигателя; плазма из термоядерного реактора, проходя через сопло импульсного двигателя, попутно даёт энергию встроенным в него «пространственно-временным катушкам», которые уменьшают эффективную массу корабля, благодаря чему он может развивать очень высокое ускорение, отбрасывая назад относительно небольшую массу. Таким образом импульсный двигатель является этаким гибридом факельного, безопорного и безынерционного двигателя. Конструкция настолько эффективна, что космические корабли на импульсной тяге легко достигают околосветовых скоростей.

Настольные игры

  • Warhammer 40,000 — плазменные двигатели Империума. Даже без учёта использования варп-привода корабли имперцев способны разгоняться до околосветовых скоростей в реальном пространстве, за несколько дней преодолевая путь от границ звёздной системы (где и осуществляется выход из Варпа) до её внутренних планет. Древние звездолёты человечества так и летали до открытия варп-технологий к другим звёздным системам — медленно, но зато [относительно] безопасно. Корабли торговцев-хартистов зачастую тоже только так и летают между несколькими соседними звёздными системами: для экипажа корабля проходит всего несколько лет вместо пары сотен благодаря релятивистским эффектам, а перевозимый товар за время в пути из дешевого ширпотреба превращается в ультрамодный винтаж.
    • У орков их двигатели (которые нередко конструкционно представляют собой банальные химические реактивные ускорители) работают не хуже (а то и лучше) имперских благодаря красной краске и вере орков в то, что расход топлива при такой тяге должен быть именно таким, а не другим. А так как общая вера орков действительно творит чудеса (все оркоиды являются немного псайкерами), то их движители на космических кораблях работают так, что у Механикус от возмущения все транзисторы перегорают при виде этого зрелища. Да, у них и инерцоид Дина прекрасно заработает: орки не учились в школе и про закон сохранения импульса не слышали.
  • BattleTech — все местные дропшипы (планетолёты, доставляющие грузы и пассажиров от прыжковой точки до планеты и обратно) летают именно на таком. Педаль в пол: если взять указанную в справочниках массу топлива и массу самого дропшипа, и применить к ним формулу Циолковского, то чтобы требуемые две недели поддерживать ускорение в 1g, скорость истечения должна быть выше скорости света!

Видеоигры

  • Stellaris — в начале игры «подшефная» раса игрока использует на своих космических кораблях химические двигатели (скорее всего, использующие в качестве топлива метастабильный металлический водород (см. раздел «Реальная жизнь») или иное супертопливо). В ходе научных исследований их можно последовательно заменить на всё более и более эффективные виды факельных двигателей: ионные, плазменные, импульсные и, наконец, самые мощные — двигатели на тёмной материи.

Реальная жизнь

  • В реальности, конечно, факельных двигателей нет и многие сомневаются в возможности их создания. Но вот несколько гипотетических проектов, которые могут привести к созданию такого двигателя:
    • Химический факел: двигатель на метастабильном металлическом водороде. Удельный импульс такого топлива в разы больше, чем у традиционных химических ракет, с полным сохранением их главного достоинства: высокой тяги. Конечно, по всей Солнечной системе на таком «недофакеле» не полетаешь, но создать одноступенчатую выходящую на орбиту ракету, как рисовали в комиксах 1930-х-40-х, вполне возможно.
    • Взрыволёт «Орион». Самый реалистичный двигатель с характеристиками факельного, не требующий никаких запредельных технологий (если не считать сборки в космосе из многих тонн астероидного чугуния, требующейся для его создания: при взлёте с Земли он загадит окружающую среду, как небольшая ядерная война). Летает на атомных бомбах, которые бьют в массивную железную плиту и толкают его.
      • Аналогичный проект «Взрыволёт Сахарова» был и в СССР. Отличием от «американца» было то, что взрыволет планировался немного меньше размером и выводимый до высоты 2-3 км первой ступенью из обычных химических ракет, чтобы не сжечь к хреням космодром ядерными взрывами.
      • Существуют некоторые теоретические решения, позволяющие минимизировать урон окружающей среде от запуска «Ориона» с Земли. Тем не менее, даже если снабдить проект всеми возможными предосторожностями, он все равно будет нарушать международные договора против ядерных испытаний, поэтому создать его помешает страх политиков.
      • На самом деле про взлёт с земли чисто на ядерной тяге — скорее миф и ранняя версия проекта. К 60-м годам рассматривалось три версии, и во всех пуск ядерного двигателя осуществлялся только на высоте в 90 километров над Землёй. Вариант 1 — полностью загруженный «Орион» выводится на суборбитальную траекторию сверхтяжелыми ракетами. Второй вариант аналогичен первому, только корабль максимально облегчают — запас зарядов исключительно для вывода на стабильную низкую орбиту, оставшиеся заряды будут доставлены отдельной химической ракетой. Вариант три: доставить «Орион» по частям в разобранном виде и собрать «на месте». Впрочем, как отмечали критики, это нивелирует основной смысл взрыволета — вывести на орбиту — самая затратная по требованиям к тяге и дельте-v часть космического полета, для чего он и создавался. Действительно, при наличии развитой орбитальной промышленности, собрать с нуля из астероидного железа — самый эффективный, но наиболее требовательный к инфраструктуре вариант.
    • Ядерный факел: «Солёная ракета» Зубрина. Работает на концентратах солей урана-235 в воде, которые вливаются в активную зону и создают постоянно уносящуюся критическую массу. В результате этого ракета как бы летит на постоянном ядерном взрыве.
    • Термоядерный факел: проект «Дедал». Представляет собой более сложную и замудреную версию взрыволёта «Орион», в двигателе с частотой 10-250 раз в секунду (смотря какая мощность нужна) происходит взрыв «таблетки» термоядерного топлива с помощью лазера.
Источник — https://wikitropes.ru/w/index.php?title=Факельный_двигатель&oldid=388573