Фотонный двигун.
Тип звездолёта, розроблений теоретично Є. Зенгером в 1956 р., називається фотонної ракетою. Усередині фотонної ракети є великі запаси речовини (наприклад, водню) і антиречовини (наприклад, антиводню), і навіть спеціальний аннигиляционный редактор, у якому сильне магнітне полі. Наявність магнітного поля призводить до того, що які під час анігіляції речовини і антиречовини гамма-випромінювання носить спрямований характер. Потік гама фотонів, витікаючий через сопла фотонного реактивного двигуна, створює тягу. Основною перевагою Сендеги фотонної ракети є максимальна можлива швидкість закінчення, рівна швидкості світла у вакуумі. Проте численні труднощі принципового характеру, пов'язані із отриманням тривалим зберіганням величезних кількостей антиречовини, і навіть створенням гама фотонної тяги, призводять до висновку, що спорудження фотонних ракет незмірно складніше, ніж термоядерних і іонних.
Нині виходячи з релятивістської механіки тіла з перемінної масою спокою можна побудувати загальну теорію ракет з однокомпонентной і навіть багатокомпонентної реактивної струменем. Расчёты показують, що з термоядерної і фотонної ракет з однокомпонентной реактивної струменем має місце рівність: 1-(w2:з2)=1-a2, де a - ставлення енергії, выделяющейся при згорянні палива, а w – швидкість закінчення щодо ракети, считаемая постійної. Для термоядерної реакції перетворення водню в гелій a=0,0066, отже w/c=0,115. При реакції анігіляції речовини в антиречовини a=1, отже відповідно до формулі w=c. Расчёты також показують, що з однієї з принципово можливих варіантів іонної ракети справедливо співвідношення:
1-w2:з2=1-b2:(1-b2(1-a)2, де b - частка стартовою маси, що припадає на генератор. Можна сміливо сказати, що b вбирається у 0,5. Якщо джерелом енергії служить термоядерний реактор, то w/c замало, й становить 0,12 при b=0,5. Отже, застосування на іонної ракеті як джерело енергії анігіляційного реактора дозволяє досягти величезних швидкостей закінчення.
Розглянемо приміром кількаступеневий фотонну ракету, призначену для прямого й протилежного перелёта. Перша ступінь розганяє звездолёт до максимальної швидкості v, а друга гальмує його нуля поблизу обраної на дослідження планетної системи. Третя і четверта щаблі служать відповідно для розгону звездолёта на шляху до тієї ж максимальної швидкості й у гальмування нанівець близько Землі. На землю повертається лише житлова частина звездолёта. Припустимо спочатку, що чотири щаблі складаються тільки з палива, а маса спокою житлової частини не змінюється під час межзвёздного перелёта. Механіка тіла з перемінної масою спокою дозволяє визначити стартову масу такого звездолёта. Зауважимо які можна зробити і більше реальні розрахунки, враховують маси конструкції щаблі. З іншого боку, можна розгледіти і одноступенчатую фотонну ракету з житловий частиною як випадку щаблі з палива, і з урахуванням маси конструкції щаблі.
Перспективи ракетної техніки.
Хоча польоти перших автоматичних міжпланетних станцій здійснено з допомогою ракетних двигунів, працівників хімічне паливо, тим щонайменше навіть перспективні термохимические палива не дають змогу збільшити швидкість закінчення газів понад 4,8 км/сек. У зв'язку з цим конструктори космічних ракет дедалі більше і більше замислюються створення ракет з ядерними двигунами.
Принцип роботи атомних теплових ракет нескладний. У цих ракети встановлюватиметься ядерний реактор. Выделяемое їм тепло піде на розігрів робочого тіла: рідкий водень, аміак чи вода будуть перетворюватися на розжарений газ, який, минаючи з сопла із великою швидкістю, створить реактивну силу тяги. Якщо швидкість закінчення струменя в хімічних двигунах становить кілька кілометрів на секунду, то теплових атомних ракетних двигунах очікується швидкостей порядку 10 км/сек. Тому питома потяг рухових установок атомних ракет буде набагато вища тяги жидкостно-реактивных двигунів із найбільш високоефективними хімічними паливом.
Теоретично швидкості закінчення робочого тіла в атомних реакторах необмежені. Але практично вони зможуть перевищувати деяких меж, залежать від властивостей матеріалу реактори й сопла. Щоб питома потяг атомних ракет набагато перевершувала тягу ракет з хімічним паливом, температура що у сопло газів мусить бути порядку 3000-4000 градусів. Конструювання атомних реактивних двигунів ускладнюється також труднощами створення жароміцних матеріалів для реактори й сопла, необхідністю установки великих за габаритами і вазі холодильників та низку інших причин. Деякі труднощі викликані проблемою управління атомними реакціями при високих внутрішніх температурах, у яких навіть уран перебуватиме у розплавленому стані.
Останнім часом стала інтенсивно розроблятися теорія нових типів ракетних двигунів – про электрореактивных двигунів (електричних ракетних двигунів). У звичайних ракети збільшення швидкості закінчення газів використовується хімічна енергія робочого тіла. Передаваемая теплова енергія перетворюється на кінетичну енергію газів, вырывающихся з сопла. Можливі принципово інші шляхи розгону частинок, створюють силу тяги. Электрически заряджені частки з допомогою електричного чи електромагнітного поля можна розігнати до високих швидкостей. Як електрично заряджених частинок можна використовувати потік ионизованного газу, який виділяється з легко ионизируемых речовин (наприклад, натрію чи цезію). Для розгону іонів у космічній ракеті необхідно встановити потужний малогабаритний генератор. Енергію можна одержувати, наприклад, від ядерної установки. Такі двигун часто називають іонним. Характерною ознакою іонних ракет є висока швидкість закінчення реактивної струменя (до 200 км/сек). На жаль, здебільшого питома потяг іонних ракет дуже мала, тому іонна ракета зможе самостійно злетіти із поверхні планети. Для виведення її в навколоземну еліптичну орбіту потрібно буде використовувати кількаступеневий ракету на хімічне паливо. Расчёты показують, стартова вага цих ракет-носіїв в багато десятків раз повинен перевершувати вагу іонній ракети.
Ионная ракета є двигун, який би тривалу постійну малу тягу. Розгін іонних ракет може тривати досить протягом кількох тижнів, тому їх можна використовувати якщо польоті в периферійні області сонячної системи.
Які ж принципи устрою плазмових двигунів? З плазмою, четвертим станом речовини, ми зустрічаємося часто у повсякденному житті. Полум'я сірники – приклад низькотемпературної плазми, неонова реклама – плазма газового розряду. Вольтова дуга – ще одне приклад плазми. Плазма складається з суміші електронів, іонів і нейтральних атомів. Фізики поділяють плазму на гарячу і холодну. У гарячої плазмі нейтральних атомів немає.
У электрореактивных двигунах використовується гаряча плазма, що складається з вільних електрично заряджених частинок і що має хорошою електропровідністю. Якщо плазму розмістити у магнітне полі, і пропустити через неї електричний струм, вона подібно провідника із течією прийде в рух і буде прискорено рухатися.
Це властивість плазми використано в электрореактивных двигунах. Закінчення сильно нагрітої плазми із швидкістю через сопло ракети створює реактивну силу. Перевага электрореактивных плазмових двигунів – висока швидкість закінчення газів.