На самом деле, идея использования атомарного водорода в качестве топлива для реактивных двигателей существует довольно давно. От ее реализации нас отделяет множество технических проблем. Одна из них это то, что атомарный водород практически невозможно хранить. Что делать? Производить его прямо на борту!

Из всех известных химических реакций наибольшим энерговыделением сопровождаются процессы окисления водорода (118 тыс. кДж/кг) и стоящая уже между химическими и ядерными реакция рекомбинации атомарного водорода - 224 тыс. кДж/кг. Теплоемкость атомарного водорода почти в 2 раза выше, чем у гремучей смеси, молекулярная масса в 9 раз меньше, а, значит, для ракеты-носителя 'на атомарном водороде' масса топлива почти равна массе конструкции, тогда как у традиционных ракет - даже лучших из них - она минимум в 10 раз больше. То есть современный истребитель, используй он атомарный водород как топливо, может не только выйти на орбиту, но и совершить полет к Луне и обратно!..

Эти фантастические выводы хорошо известны ("ТМ" писала об атомарном ракетном топливе еще в 1958 г. - Ред.), и давно бы уже не было проблем с самым широким освоением космоса, да вот беда - время существования атомарного водорода в обычных условиях не превышает полусекунды, и даже сверхнизкие температуры не сильно изменяют эту цифру. Однако нам ведь не нужно иметь на борту ракеты именно ЗАПАС атомарного водорода - нам требуется его энергоемкость В МОМЕНТ РЕАКЦИИ в ракетном двигателе. Поэтому проще ПОЛУЧАТЬ атомарный водород непосредственно перед его использованием, в ракете, а точнее - прямо в двигателе.

В самом деле, чтобы получить атомарный водород, надо сообщить ту же энергию (224 тыс. кДж/кг) молекулам обычного водорода. Разумеется, источник этой энергии должен быть вне ракеты. Но как раз это-то и не проблема после изобретения Басовым лазера и освоения СВЧ-излучения. Таким образом, энергию для полета ракета получает извне, а хранение на борту молекулярного водорода - вполне решаемая техническая задача.

Рассмотрим, как это может реализоваться на практике. Атомарный водород получают обычно двумя способами: при накаливании металлов - катализаторов (платины, палладия, вольфрама и др.) в сильно разреженном (менее 0,01 атм.) водороде - и при пропускании водорода через вольтову дугу. Первый метод (рис. 1б) очень хорошо подходит для полетов за пределами атмосферы. При этом энергию для нагрева металлов - катализаторов могут поставлять орбитальные энергостанции.

Сложнее при старте с Земли, когда в плотной атмосфере надо пропускать водород через вольтову дугу. Это, конечно, возможно, но КПД преобразования лазерного излучения в постоянный разряд будет очень мал. Лучше подобрать такую частоту лазерного излучения, чтобы оно более полно поглощалась молекулами водорода, а энергия квантов была бы равна энергии связи атомов в водороде. Длина волны тогда должна быть немногим более 3000 ангстрем - далекий ультрафиолет, еще пропускаемый земной атмосферой. Возможно, придется использовать вещество - посредник (рис. 1а), например - жгут сильно ионизированной плазмы, поддерживаемой лазерным излучением, энергии которой достаточно для диссоциации водорода. Вероятно, удобнее всего будет стартовать обычным, 'самолетным' образом, благо масса такой - 'лазер - атомарно-водородной' ракеты не очень отличается от среднего реактивного самолета. Дальнейший разгон должен происходить по спирали над местом расположения лазерной станции.

Конечно, идея применения лазеров для полета не нова (этим занимаются, например, в МФТИ), но до сих пор предлагалось использовать в качестве рабочего тела часть ракеты, испаряемую лазерным излучением. Понятно, что при этом большая часть энергии идет на разогревание и испарение, а самое главное - образовавшиеся газообразные продукты не имеют и не могут иметь необходимой скорости истечения. Это, кстати, толкает исследователей на применение в такой лазерной ракете материалов со все большей плотностью (металлического урана, например), для увеличения импульса, передаваемого ракете испаряющимся веществом.

Описанная же комбинация атомарно-водородного двигателя и лазерного энергоснабжения дает самое важное - РЕАЛЬНОЕ достижение необычайно высокой скорости истечения вещества. Причем использование атомарного водорода как топлива требует не отказа от ракетных двигателей, а их модернизации на основе существующих разработок. Крайне полезными при создании описанных аппаратов окажутся также полученные в ходе реализации программ СОИ и контр-СОИ достижения в лазерной технике.

Вообще, сегодня в развитии космической техники во главу угла ставится рентабельность запусков, возросли требования к экологической безопасности, но, с другой стороны, необходимы новшества, влияющие на умы и сердца людей (и правительств, финансирующих космонавтику). Предлагаемая концепция удовлетворяет этим требованиям и, можно надеяться, ее разработка станет важным стимулом подъема в ракетно-космической технике.

Алексей Осокин
(по материалам журнала "Техника Молодежи" N 4'2000)