antihydrogen: |Psi(r1,r2)|^2 (|Psi|^2)
[personal profile] antihydrogen
Легко вычислимый, но как-то не доходивший ранее до моего сознания интересный факт: при встречном столкновении двух свинцовых болванок, движущихся со скоростью 100 км/с (т.е. 200 км/с относительно друг друга) получится температура 80 млн градусов (нет, настолько высокой не получится, см. коммент). Облако свинцовой плазмы выдаст импульс рентгеновского излучения, которое можно использовать для абляционного обжатия термоядерного заряда. Почему именно свинцовые? Температура пропорциональна средней кинетической энергии атома. Чем тяжелее атом, тем больше температура при одинаковой скорости.

Поскольку современная мода требует от любого продвинутого человека выкатить проработанный проект межпланетного транспорта и начать сбор денег на кикстартере, я разработал схему, которую назвал Ударный ТермоЯдерный Транспортный КОмплекс (УТЯТКО).

Два одинаковых космических аппарата запускаются с Земли на обычных ракетах-носителях, а затем путем серии гравитационных маневров выводятся на высокоэллиптические орбиты с одинаковыми точками перигелиев на расстоянии 0.1 астрономической единицы от Солнца, но с противоположными друг другу направлениями обращения по орбитам. Аппараты представляют из себя миниатюрные копии “Ориона” (поэтому ниже мы их будем называть мини-Орионами, МО). Каждый МО оснащен кормовой установкой для выброса небольших термоядерных бомб и пулеметом, выстреливающим самонаводящиеся пули со свинцовыми наконечниками. Когда МО сближаются друг с другом на встречных курсах вблизи перигелия, они начинают стрелять друг в друга пулями. Пули наводятся на выбрасываемые бомбы и детонируют их. Плазма от взрывов подталкивает МО. За счет этого оба МО сбрасывают лишнюю скорость (она равна (sqrt(2)-1)*100 = 40 км/с) и переходят на круговые орбиты с тем же перигелием.

После успешного завершения первой стадии, на Земле проводится подготовка к следующей фазе развертывания системы. Когда там все готово, действие опять переходит на околосолнечную орбиту. Один из МО начинает выбрасывать бомбы, а второй – стрелять пулями. Термоядерными взрывами МО-1 разгоняется до 200 км/с в направлении Земли. После окончания разгона он сбрасывает все оставшиеся запасы самонаводящихся пуль и навсегда покидает нашу историю (и Солнечную систему). Пули выстраиваются в постепенно растягивающуюся колонну, длина которой при пролете рядом с Землей достигает нескольких сотен тысяч километров.

Когда они подлетают к цели, на Земле многоразовая «химическая» первая ступень подбрасывает вертикально вверх большой «Орион» (БО), выводя его за пределы атмосферы (для подбрасывания на высоту 200 км потребуется разогнать его до 2 км/сек). Дальше БО выкидывает бомбы, подрываемые ударами подлетающих пуль, и разгоняется сначала до орбитальной скорости, а потом переходит на эллиптическую орбиту вокруг Солнца с уже привычным нам перигелием 0.1 а.е. У перигелия он встречается с пулями МО-2 на встречном курсе, и термоядерными взрывами тормозится до круговой скорости. Данный БО – носитель. Его полезная нагрузка – несколько десятков новых МО. Один из этих новых МО отправляется к Земле, где пули от него используются для разгона второго БО, который выводится на круговую орбиту, встречную к БО-1, заместив таким образом МО-2.

В итоге у нас имеется два БО на встречных орбитах. Каждый содержит по несколько десятков МО, готовых в любой момент отправиться к Земле или любой другой точке Солнечной системы, и помочь другим транспортным БО и исследовательским МО разогнаться или затормозиться. Транспортные БО в том числе используются для периодического обновления запасов МО на околосолнечной орбите, так что такая система может действовать неограниченно долго, пока земляне будут ее снабжать расходными материалами: самонаводящимися пулями, термоядерными минибомбами и мини-«Орионами».

Несколько оценок по параметрам пуль и бомб. NIF обеспечивает Q=0.01, используя импульс с энергией 2 МДж и продолжительностью порядка 10 наносекунд. Если мы будем использовать пули с 100-граммовыми свинцовыми наконечниками, то при попадании пули со скоростью 200 км/с во внешнюю свинцовую оболочку неподвижной бомбы получится около 2000 МДж рентгеновского излучения (500 кг тротилового эквивалента). Можно сократить время высвечивания этого рентгена до порядка 10 наносекунд, если использовать наконечники и оболочки с толщиной порядка 1 мм. Можно ожидать, что, благодаря тысячекратному увеличению количества энергии на абляционное обжатие заряда, Q значительно превысит единицу. Энергию от взрыва первичного термоядерного заряда можно использовать для подрыва вторичного заряда, таким образом увеличив эффективное Q до любого желаемого значения. Поскольку делящихся материалов в бомбах нет, радиоактивное загрязнение будет практически отсутствовать (нейтроны от реакции D+T можно поглотить, если добавить бор в оболочку заряда).

Некоторые добрые люди могут задаться вопросом – нельзя ли использовать несущиеся к Земле МО для массового убийства злых людей. Вынужден разочаровать добрых людей – МО весом в 20 тонн при попадании в верхние слои атмосферы планеты даст взрыв в 100 килотонн тротилового эквивалента. Как показывает пример Челябинска, разрушения на поверхности в этом случае в основном сведутся к выбитым стеклам. Внимательные читатели могут заметить, что удельный тротиловый эквивалент свинца в предыдущем параграфе в два раза меньше, чем в данном. Разгадка проста – максимальная температура достигается при столкновении двух кусков свинца одинаковой массы, и если один из них до столкновения покоился – половина энергии уйдет в бесполезную кинетическую энергию струи свинцовой плазмы.

Кстати, о максимальной температуре. Пытливый читатель может спросить – почему бы для большей эффективности не запустить МО на более низкую орбиту вокруг Солнца? Однако, имеется очевидная проблема - нагрев аппарата из-за солнечного излучения. А ведь по проекту аппараты должны месяцами (МО) и годами (БО) функционировать на круговой орбите. Для защиты можно использовать систему из щита с высоким коэффициентом отражения и большого радиатора, расположенного в тени от щита. Максимальное отношение площадей радиатора и щита, при котором радиатор не вылезет за пределы тени, по порядку величины совпадает с угловым диаметром Солнца с точки зрения аппарата. На 0.1 а.е. нетеплопроводящая площадка под солнечными лучами нагреется до равновесной температуры 1300К. Но, полагая коэффициент отражения щита равным 90% и площадь радиаторов в 20 раз большую площади щита, получим, что температура аппарата составит вполне терпимые 350К. На 0.05 а.е. равновесная температура составляет 1800К, а максимальная площадь радиатора вдвое меньше, так что температура аппарата без активного охлаждения будет нехорошие 600К.

Для интересующихся вопросами практического космоплавания замечу, что разгонять МО нужно под таким углом к направлению движения пуль, чтобы относительная скорость никогда не падала ниже 200 км/с. Максимальная скорость плазмы при взрыве реальной термоядерной бомбы – несколько тысяч км/сек. Приблизительно таким же будет предел скорости для запусков с помощью вышеописанной системы. Для межзвездных перелетов маловато, но для отправки телескопа в гравитационный фокус Солнца хватит.

Главная проблема на пути создания УТЯТКО – нужны снаряды, способные наводиться с точностью порядка 1 см при движении с относительными скоростями в сотни км/сек. Ключ очевидно лежит в дальнейшем совершенствовании микроэлектроники и процветании людей, служащих драйвером этого совершенствования. Я разумеется подразумеваю хипстеров, ежегодно покупающих новые смартфоны…
From:
Anonymous( )Anonymous This account has disabled anonymous posting.
OpenID( )OpenID You can comment on this post while signed in with an account from many other sites, once you have confirmed your email address. Sign in using OpenID.
User
Account name:
Password:
If you don't have an account you can create one now.
Subject:
HTML doesn't work in the subject.

Message:

 
Notice: This account is set to log the IP addresses of everyone who comments.
Links will be displayed as unclickable URLs to help prevent spam.
Page generated Sep. 23rd, 2017 09:04 am
Powered by Dreamwidth Studios