Движение космолёта.
Космический крейсер обладает большим весом, поэтому ионные двигатели не могут служить маршевыми. Для этой цели возможно использование левитационного двигателя. Тем более, что форма корабля позволяет разместить его по окружности. Ртуть (выбрана за основу, так как она тяжелая и в тоже время жидкая) помещается в мощное переменное электромагнитное поле, создаваемое термоядерным реактором. Под действием сил электромагнитного поля ртуть начинает вращаться как якорь электродвигателя. Важно учитывать, что конфигурация поля не должна позволить центробежной силе разорвать двигатель. Скорость вращения ртути должна достигать около 500000 оборотов в минуту. Возникает эффект вакуума, а вес корабля становится близким к нулю. В таком случае ионный двигатель, размещенный на дне корабля, может служить маршевым двигателем.
Ионный двигатель (иллюстрация №1) — хорошо отработанная на практике и исторически первая разновидность электрического ракетного двигателя. Недостатком ионного двигателя является малая тяга (например разгон космического аппарата с весом автомобиля от 0 до 100 км/ч требует больше двух суток непрерывной работы ионного двигателя), которую невозможно увеличить из-за ограничений объемного заряда. Однако малый расход топлива (точнее рабочего тела) и продолжительное время функционирования ионного двигателя (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трех лет) позволяет за длительный промежуток времени разогнать космический аппарат небольшого веса до приличных скоростей. Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и главный тяговый двигатель небольшой автоматической космической станции. Характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1-7 кВт, скорость истечения 20-50 км/с, тяга 20-250мН, КПД 60-80%. Его рабочим телом является ионизированный газ (аргон, ксенон и т. п.).
Для создания переменного электромагнитного поля можно использовать термоядерный реактор, поле же будет генерироваться в сверхпроводящей обмотке.
Термоядерный реактор (иллюстрация №2) – установка, где энергия получается за счёт самоподдерживающегося управляемого термоядерного синтеза. В земных условиях наиболее подходящими для такой установки являются следующие реакции синтеза, осуществляемые изотопами водорода, дейтерием – 2Н и тритием – 3Н, (в скобках приведена освобождающаяся энергия):
2Н + 2Н → 3Н + 1Н (4.03 МэВ),
2Н + 2Н → 3Не + n (3.27 МэВ),
2Н + 3Н → 4Не + n (17.59 МэВ).
Видно, что выход энергии на единицу массы ядерного вещества в реакциях синтеза может быть в несколько раз больше, чем в реакциях деления. Более того, дейтерий, с которого начинается цепочка реакций синтеза, является практически неисчерпаемым источником дешёвого термоядерного горючего (1 г дейтерия содержится в 60 литрах воды).
Однако реализовать управляемый термоядерный синтез в земных условиях очень сложно и до сих пор это не удалось. Для этого надо создать установку, в которой нагретое до огромных температур (≈108 К), и поэтому представляющее собой высокотемпературную плазму, ядерное топливо необходимо достаточно долго удерживать в состоянии с высокой плотностью (как это имеет место внутри Солнца и других звёзд, которые представляют собой естественные термоядерные реакторы). Любой материал испарится при столь высоких температурах и, поэтому, не может быть использован, чтобы удержать высокотемпературную плазму в замкнутом объёме (в звёздах высокотемпературная плазма удерживается мощными гравитационным силами).
Есть два способа удержания горячей плазмы, которые считаются наиболее перспективными. Это магнитное удержание и, так называемое, инерционное удержание. Магнитное удержание использует магнитное поле для того, чтобы не дать горячей плазме выйти из замкнутого контролируемого объёма. В существующих системах магнитного удержания (токамаках) область, внутри которой удерживается горячая плазма, имеет форму тороида (правильного бублика).
В инерционном удержании маленький (≈1 мм) дейтерий-тритиевый шарик подвергают одновременному “удару” с нескольких направлений очень интенсивными лазерными или электронными (ионными) пучками. Огромное количество энергии, которое при таком ударе передаётся шарику, мгновенно сжимает, нагревает и ионизует его, превращая в кусочек плотной нагретой до 108 К плазмы. Нагрев должен быть сверхбыстрым (10-9 сек), чтобы испаряющееся вещество шарика не успело выйти из контролируемого объёма до “зажигания” термоядерной реакции. Таким образом, в этом методе используется инерционность вещества.
Создание эффективного термоядерного реактора оказалось намного более сложной проблемой, чем создание реактора, использующего деление ядер. Однако, возможно, она будет решена в первой половине 21-го века.