О СУЛТАНАХ И ДЕМОНАХ ВООБРАЖЕНИЯ

В цикле произведений Говарда Лавкрафта мифическое существо Азатот было верховным правителем темного пантеона богов Ктулху, среди эпитетов которого присутствовали такие, как «слепой безумный бог», «вечно жующий султан демонов» и «ядерный хаос».

Поэтому, увидев в качестве названия межпланетника Космофлота «Султан Демонов Азатот», я даже не удивился — человечество издревле называли свои самые грозные орудия столь же впечатляющими и наполненными религиозными смыслами именами. Вопрос был всегда, в общем-то, только в знаке данного религиозного смысла.

В конечном счёте броненосец «Три Святителя», плюющийся смертоносными 305-мм снарядами — ничуть не лучше «Мести» (Revenge) с её 381-мм орудиями.

По крайней мере, во втором случае я не испытываю когнитивного диссонанса от фразы «Три Святителя подвергли обстрелу побережье Зонгулдака».

Ну и, в целом, проще всего, конечно же, абстрактная традиция времён СССР, когда моделям оружия присваивали какое-то нейтральное имя, уже никак не привязанное ни к богам, ни к демонам: «Буратино выжег гнездо террористов».

На войне — как на войне.

Однако, сейчас речь идёт не о названии межпланетника Космофлота (тут уже прерогатива автора книги, а не моя), а об описании его конструкции которая дана в книге грубыми мазками и оставляет нам достаточно простора для творчества и воображения. Ведь, в конечном счёте лавкрафтовский «Азатот» был богом без формы, который как раз и занимался тем, что впитывал страхи и ужасы людей, возвращая им их собственные чувства, но уже усиленные стократно.

И, в конечном случае, именно от нас зависит, какое будущее мы хотим видеть и хотим построить своими усилиями.

Итак, «Азатот».

«"Султан Демонов Азатот". Один из "большой тройки" мощнейших межпланетников Космофлота. Вперёд по курсу - тормозя - извергалась из магнитного сопла реактивная струя белого пламени. Она ослепительно отражалась в диске тонкоплёночного рефлектора, что защищал корабль от теплового излучения струи. За рефлектором тянулась стометровая сетчатая труба термоядерного реактора-пробкотрона, цилиндры топливных баков. Дальше тонкий центральный ствол ветвился пусковыми фермами боевых ракет, эмиттерами и коллекторами капельных радиаторов. На самом носу крутилась гантель жилого модуля»

Первое приближение «Азатота», нарисованное в виде концепт-арта, выглядело вот так:

Более подробно процесс работы над визуализацией показан в блоге Дмитрия Нарожного, где можно увидеть часть нашей «внутренней кухни», являющейся поиском постоянных компромиссов между иллюстратором (Дмитрием), автором (Робертом) и техническим консультантом и организатором всего этого действа (в моём лице):

Скажу сразу, легче всего рисовать иллюстрации к научно- (и ненаучно-) фантастическим книгам, вообще «не заморачиваясь» на какие-то физические, химические, инженерные или даже логические принципы. Например, в таком стиле была отрисована большая часть кораблей и к классической Дэвида Линча, и к так и не получившей своего выхода в свет «Дюне» Ходоровского:

Это — так и не созданная «Дюна» Алехандро Ходоровского. Как оно летает — непонятно. Но, по крайней мере, красиво и «загадошно».

Ну а это — «Дюна» Дино Ди Лаурентиса и «Алана Смити». Как оно летает — тоже непонятно. Но, выглядит, как ведро на втором фото.

Однако, в отличии от «Дюны» Херберта, где межзвёздные полёты вообще осуществлялись святым духом спайса и Навигаторов, а посадка на планеты описывалась весьма убого — «Роза и Червь» всё-таки ставит планку некоей разумной реалистичности проектов. В которых процент уже как-то упоминавшегося мною «недостижимия» (который тут же ушлые комментаторы переименовали в «хрендостаний») будет находится в каких-то весьма ограниченных пределах.

Ну, то есть мы, например, научимся делать длинные углеродные нанотрубки или же помещать атомы металлов в ячейках громадных по нынешним меркам листов графена — и соберём из такого супер-материала (но с известными и уже полученными свойствами) громадный и лёгкий отражающий экран, который будет установлен на будущем «Азатоте» и защитит жилой модуль от излучения термоядерного шнура, обеспечивающего тягу корабля.

Исходя из этого и опираясь на комментарии моего давнего «научного тролля» Андрея Гаврилова, я и постараюсь популярно рассказать о конструкции возможного к постройке флагмана «большой тройки» Космофлота, на котором Зара Янг и попала к астероидной колонии Рианнон.

Зара Янг. Люди в «Розе и Черве» поменяются гораздо меньше. Проклятие «палеотических эмоций, средневекового общества и божественных технологий» пока что не решено... 

Итак, начнём.

Начинать надо с двигательной установки «Азатота». Флагман Космофлота использует для движения термоядерный реактивный двигатель (ТЯРД), основанный на реакции термоядерного синтеза дейтерия и гелия-3 (D+3He), а может быть и ещё более продвинутую реакцию на чистом гелии-3 (3He+3He) . Об этом свидетельствует фраза Зары Янг, брошенная ею главе Совета Рианнона, Гвинед Ллойд: "Венера не стала бы посылать «Азатот» и тратить килограммы гелия-3 только для того, чтобы я гордо отсиживала зад у вас в президиуме."

Выбор гелия-3 и дейтерия в качестве топлива обоснован: скажу, что для условий космоса, пожалуй, только такое горючее и способно в ближайшее время обеспечить истинную независимость человечества и сделать Плутон доступным если не за неделю, то за месяц полёта. Ну, конечно, до тех пор, пока мы не доберёмся до товарных количеств антиматерии, с которыми и звёзды станут для нас доступными на расстоянии десятков лет полёта, а не сотен и тысяч лет.

Неоспоримое преимущество гелия-3 перед другими видами термоядерного «горючего» очевидна: реакция D+3He даёт всего лишь 5% выхода энергии в виде бесполезных и даже опасных нейтронов, в то время, как реакция, на которую сейчас ориентированы основные усилия учёных, синтез дейтерия и трития (D+T) даёт нейтронов гораздо больше — до 80% от общего энергетического выхода реакции.

Более подробно с недостатками и преимуществами гелия-3 можно ознакомится у глубокоуважаемого tnenergy, который, в принципе, достаточно полно разбирает существующий уровень нашего понимания и владения сущностью поджига и управления реакцией на гелии-3 с той или иной примесью дейтерия.

При этом нам важно понимать только одно: дейтерий нам нужен только для уменьшения критерия Лоусона для нашей термоядерной плазмы (температура, плотность и время удержания плазмы — вот упрощённое понимение этого критерия), но, одновременно, ухудшает параметры термоядерного реактора по паразитным для задач ТЯРД нейтронам.

Хорошо, а как нам превратить термоядерный реактор на гелии-3 (с той или иной примесью дейтерия) в необходимый нам термоядерный двигатель (ТЯРД)?

И вот тут мы подходим к интересному факту — судя по всему, наиболее перспективная модель реактора на гелии-3 будет одновременно и ТЯРД!

И называется эта конструкция (а точнее, класс конструкций) открытыми ловушками.

При этом в случае построения конструкции ТЯРД, основанной на открытой ловушке, отпадает промежуточная стадия производства электроэнергии, хотя электроэнергия и получается в виде побочного продукта из плазмы ТЯРД — термоядерную плазму получившейся в открытой ловушке температуры очень легко использовать в виде реактивной плазменной массы, со скоростями истечения, сравнимыми с уже рассмотренным мною двигателем VASIMR.

Вот краткая классификация открытых ловушек:

Различные типы открытых магнитных ловушек (точками показана термоядерная плазма): а - пробкотрон; б - амбиполярная ловушка (О - длинный центральный пробкотрон, 1 - короткие концевые пробкотроны); в - антипробкотрон (0 - куль магнитного поля, А - осевая щель, В - кольцевая щель); г - многопробочная ловушка. 

Открытая ловушка, в отличии от ловушек циклических (токамаков и стеллараторов), используемых сейчас для штурма порога самоподдерживающей реакции D+T, является не замкнутой в тор, а открытой с обеих концов конструкцией.

В России открытыми ловушками занимается Институт ядерной физики имени Будкера СО РАН. Собственно говоря, сама конструкция открытой магнитой ловушки была независимо предложена в 1950-х годах именно советским ученым Гершем Будкером и американским учёным Ричардом Постом.

В англоязычной литературе принцип открытой ловушки носит наименование «магнитного зеркала» (magnetic mirror), подчёркивая то, что для заряженных частиц термоядерной плазмы магнитные удерживающие поля открытой ловушки становятся своеобразными «зеркалами», между которыми заряженные частицы плазмы мечутся, как между прутьями невидимой клетки.

В США опыты с открытыми ловушками шли все 1960-е, 1970е и 1980е годы, под руководством того же Ричарда Поста, который смог убедить правительство США в необходимости серьёзной поддержки этого направления научных исследований после нефтяного кризиса 1973 года.

Крупнейшей и завершающей установкой в этой серии американских экспериментов стала установка MFTF (mirror fision test facility, «зеркальная тестовая установка термоядерного синтеза»), которая была пущена в 1986 году:

MFTF в момент своей окончательной сборки в 1985 году.

Интересно, что несмотря на успехи и продемонстрированные результаты предыдущих установок американской программы открытых ловушек (2X, Baseball I, Baseball II, TMX) проект MFTF был закрыт не по причине каких-то технических или технологических проблем — его остановили по причине внезапной остановки федерального бюджетного финансирования. Практически готовую установку, которая вполне бы могла продемонстрировать параметры плазмы, сравнимые с параметрами проектируемого ITER, разобрали от практически готового состояния, попутно похоронив 372 миллиона долларов налогоплательщиков.

В общем, как и всегда, рулят не учёные, а финансисты. А народные массы, понятное дело, думают о конспирологии, как и в случае с катастрофой на «Тримайл-Айленде».

На сегодняшний день действующая открытая ловушка расположена в России, в уже упомянутом Институте ядерной физики имени Будкера СО РАН.

Именно на ней были получены последние впечатляющие результаты в экспериментах с термоядерной плазмой, которые уже открывают прямую дорогу к строительству самой сложной, плазменной части ITER. По сути дела, сегодня на весьма небольшой и скромной открытой ловушке Института воспроизводятся многие параметры термоядерной плазмы будущего ITER, в том числе и за счёт массы эффектов открытых ловушек, в частности. за счёт не-Максвелловского распределения энергии частиц.

Открытая ловушка в Институте ядерной физики имени Будкера СО РАН

Как же может выглядеть будущий двигатель флагмана «Азатот», если мы построим его вокруг открытой ловушки?

Дадим слово научным троллям, лжецам и девственникам, которые и в самом деле считают, что «гравитация — это бессердечная сука»

По сути дела — это открытая ловушка-пробкотрон, которая с одного конца формирует ещё и магнитное сопло, через которое и осуществляется истечение раскалённой плазмы.

Подача плазмы осуществляется слева, магнитное сопло расположено справа, шнур в основной ловушке пробкотрона — слева по центру, пробочные ловушки высокоэнергтических частиц справа по центру, с более мощными магнитными катушками, чем в основном пробкотроне.

Интересно, что это не просто какая-то абстрактная картинка, а визуализация уже проведенного эксперимента в Институте им. Будкера, так называемой амбиполярной ловушки. Тут ещё много, с формулами.

Понятное дело, что это принципиальная схема, а реальные магнитные сверхпроводящие катушки (а другие просто не удержат высокотемпературную плазму) выглядят гораздо более громоздко, включая и массу вспомогательных систем — питания. охлаждения, конструкционные фермы и т. п.

Ну, и, опять-таки, можно снова дать слово дотошному инженеру tnenergy. который детально разобрал требования к такого рода катушкам в своём блоге, для того, чтобы представлять, что, скорее всего, труба пробкотрона будет представлять из себя скорее мешанину охлаждающих трубопроводов, баков с жидким гелием для системы охлаждения, станции сжижения испарившегося гелия, силовых шин подвода мегаватт электроэнергии и массы других устройств, которые я ещё разберу в следующей статье.

И, скорее всего, итоговое визуальное безумие будет гораздо больше похоже на экспериментальные американские и российские установки открытых ловушек, нежели на ажурность самой принципиальной схемы.

Главное отличие от земных установок — в космосе всё безобразие с плазмой, криогенными трубами, шинами питания, громадными магнитами не надо прятать в ваккумный цилиндр.

Так выглядят уже даже современные магниты для открытых ловушек. Важен даже не сам размер, а соотношение размеров магнита — и шнура удерживаемой им плазмы.

Ну и, попутно, размер сверхпроводящего кабеля по сравнению с размером остального магнита.

Амбиполярная ловушка «Амбал-М» и её создатели в 1997 году.

Такой двигатель сможет принципиально работать в двух основных режимах, как и уже упоминавшийся мной VASIMR, и в одном вспомогательном режиме, который он тоже сможет включать при заходе в сильные гравитационные поля возле планет, когда нужна не скорость истечения и экономичность всего разгона с минимальным расходом , а дурная «мощность на шнуре», чтобы быстро изменить скорость корабля в сильном гравитационном поле звезды или планеты. Таким образом, у такого ТЯРД будет «три передачи в его термоядерной КПП».

Вот эти режимы:

«Крейсерский режим» / «Пятая скорость» . Истечение только высокоэнергетичный продуктов реакции при утилизации основной плазмы. Тяга порядка десятков миллиньютонов на каждый мегаватт мощности двигателя при удельном импульсе более 4 млн. секунд или же 40 000 км/сек.

Столь малая тяга при столь высоком импульсе удельном подходит для трансзвездных зондов. Пр разумном массовом совершенстве (отношение массы топлива к массе конструкции между 7:1 и 10:1) такой аппарат вполне можно разогнать до скорости в треть световой. Однако время разгона в таком режиме будет исчисляться месяцами и годами. Короче, ситуация как в автомобиле при его движении на пятой передаче, когда его приёмистости вам не хватает на быстрый обгон. Но, в отличии от легкового автомобиля, который вы не сдвините с места на пятой скорости просто в силу сопротивления и трения, в космосе такой режим можно применять в любой момент. Однако в межпланетных, а не в межзвёздных полётах, которые и сами продолжаются максимум месяцами, такой режим может применяться лишь как вспомогательный, для сокращения времени миссии при минимальном расходе топлива, во время полёта в середине пути, после окончания основного разгона и начала основного торможения, которые проводятся на других «передачах в термоядерном КПП»

«Разгон и торможение» / «Первая передача». Истечение смеси основной плазмы и высокоэнергетических продуктов реакции. Такой режим обеспечивает около 0,5 Ньютона тяги на каждый мегаватт мощности ТЯРД, при этом ужельный импульс удельный будет составлять около 500 000 секунд или же 5 000 км/сек. В этом режиме оконечные ловушки для высокоэнергетических частиц пропускают в сопло часть основной гелиевой или гелиево-дейтериевой плазмы и значительно повышают тягу двигателя, при снижении экономичности по топливу и уменьшении скорости истечения и удельного импульса. Режим хорошо использовать для начального разгона и оконечного торможения корабля.

В таком режиме наш гипотетический ТЯРД, просчитанный глубокоуважаемыми научными троллями, будет иметь тягу 170-180 килограммов, расходовать 10 миллиграммов топлива в секунду (из них — не меньше 6 миллиграммов 3He, в зависимости от «обогащения» плазмы), при запасе топлива всего лишь в 5% от массы корабля иметь достижимую скорость в 250 км/сек, что достаточно для быстрого выполнения любой миссии в пределах Солнечной системы, включая полеты к Плутону и даже к трансплутоновым объектам.

Кстати, такая небольшая удельная масса топлива позволяет предположить, что громадных топливных баков как таковых у ТЯРД не будет, поскольку дейтерий и гелий будут храниться прямо в сверхпроводящих катушках магнитной системы — всё равно там нужны охлаждающие жидкости, причём в весьма впечатляющих количествах. То есть, внушительная система охлаждения сверхпроводящих магнитных катушек и топливная система ТЯРД просто составляют вместе единое целое.

При массе всего корабля в 200-300 тонн ускорение будет порядка 10мм/сек2, что примерно равно или несколько больше, чем сейчас у аппаратов с ЭРД. 100 часовая сессия работы ТЯРД будет обеспечивать разгон на 3,6 км/сек. Для разгона корабля до максимальной скорости потребуется общее время работы ТЯРД в 7000 часов или примерно около 290 суток. Что, в общем-то оказывается не совсем удобным для быстрого полёта к Рианнону, ведь "То, что «Азатот» два месяца назад стартовал от Венеры, что он везёт делегата на Совет, давно все знали. Но оказалось неприятным сюрпризом, что делегат – сама Зара Янг."

И тут нам может помочь третий, вспомогательный, но важный режим работы такого ТЯРД. На котором «Султан Демонов Азатот» и обогнал марсианские циклеры, стремившиеся к Рианнону.

«Быстрый разгон» / «Ведущий передний мост». Впрыск в реактивную струю термоядерной плазмы и высокоэнергетических продуктов реакции относительно холодной водородной плазмы. Снижая удельный импульс чуть ли не в сто раз, до 5000 секунд или до 50км/сек, это одновременно увеличивает тягу такого ТЯРД в десять раз, то есть до уровня в 1,8-2 тонны. При этом ускорение возрастает до 0.1 м/сек2, разгон до относительной скорости в 3 км/сек займет всего лишь около 8 часов.

Данный способ может применяться при маневрировании в области полей тяготения — например, при изменении околопланетной орбиты, для ухода с околоземной орбиты через радиационные пояса, для быстрого старта с будущей, уже колонизированной Венеры....

Как говорится — «Поехали!»

Мощность на шнуре — на полную! Открыть инжекторы водородной плазмы! Стартуем к Рианнону.

alex_anpilogov