Искусственные внешние ресурсы для освоения космоса

При требуемом изменении скорости ракеты 10 км/с, вода и водород становятся примерно равноценными по затратам вещества и энергии, однако в случае использования воды температура в сопле двигателя будет существенно выше; если же требуется придать ракете скорость 12–15 км/с, то водород, конечно, лучше.

Однако для очень больших скоростей и удельных импульсов, более 20 км/с, при использовании плазменного двигателя с магнитным рабочим трактом, разница между различными видами вещества становится менее существенной, и в определённом интервале температур вода и другие вещества могут оказаться предпочтительнее водорода.

В целом, для транспортно-энергетической системы вблизи Юпитера лучше использовать воду (в виде льда с внешним нагревом для основного потока грузов, и жидких продуктов электролиза для локальных манёвров); для запусков с Земли выбор вариантов намного больше.

2. Гравитационная энергетика в системе Юпитера

Прежде чем лететь к Солнцу, посмотрим, что нам может дать его скромный младший брат. Он меньше, но его проще использовать.

Во-первых, до Юпитера намного проще долететь: для прямого полёта к Солнцу надо вылететь с Земли со скоростью 33 км/с, а для достижения Юпитера нужна скорость 16 км/с, хотя время полёта в несколько раз больше. На обычных химических ракетах до Солнца вообще не добраться никак.

Во-вторых, возле Юпитера прохладно, и можно почти не заботиться о теплозащите для ледяных и даже водородных снарядов.

В-третьих, вокруг Юпитера много спутников и просто кусков льда, их общая масса всего в 20 раз меньше массы Земли, так что воду с собой везти не надо. Система Юпитера может быть почти неисчерпаемым источником энергии и вещества для других областей Солнечной системы.

Правда, II космическая скорость для границы атмосферы Юпитера не очень большая, около 60 км/с, что для наших целей маловато, но для начала хватит.

2.1 Базовый

энергетический цикл

Возьмём два куска льда, в точке, удалённой от Юпитера на 10–20 миллионов километров. Лёд можно отколупнуть от любого из полусотни мелких спутников, диаметром 1–5 км, которые вращаются в этой зоне с орбитальными скоростями 3–5 км/с. (Причём внешние спутники, с расстояниями более 20 млн. км, вращаются навстречу внутренним, что тоже можно использовать).

Запустим эти два куска с небольшой начальной скоростью, 4–5 км/с, в сторону Юпитера, так, чтобы они двигались по двум встречным ветвям параболической или очень длинной эллиптической траектории. Примерно через месяц они достигнут нижней точки траектории, разогнавшись при этом почти до 60 км/с, столкнутся почти над самой атмосферой Юпитера, с относительной встречной скоростью 120 км/с, и испарятся, превратившись в плазму при температуре 40–50 тысяч градусов.

Само по себе это не очень полезно для нас, хотя, пожалуй, можно использовать для освещения.

Возьмём теперь ракету. Её придётся привезти с Земли (если, конечно, мы так и не научимся делать высокопроизводительные 3D-принтеры с вращательной подачей материала из рулонов).

Но ракету придётся привезти 1 раз, а заправлять её мы будем на месте.

Ракету запустим по такой же траектории, а навстречу ей — много мелких кусочков льда. Внутри ракеты тоже будут такие же кусочки, (или жидкая вода, подаваемая в сопло струйками).

В нижней точке траектории, произойдёт взаимодействие порций вещества, имеющих большую разность скоростей, и при этом часть выделившегося избытка кинетической энергии может быть преобразована в полезную работу, то есть в данном случае в кинетическую энергию оставшейся массы вещества (ракеты). Ранее, в пунктах 1.9–1.10, мы рассмотрели 2 различных способа организации такого взаимодействия, но их намного больше, можно предложить ещё 3–4 альтернативных варианта. Но мы видели, что, практически независимо от выбранного варианта преобразования энергии, конечный результат, фактически, зависит только от её (энергии) начального запаса; то есть примерно 55–60 % избытка кинетической энергии расходуемого топлива может быть передано ракете. Если масса ракеты примерно вдвое меньше массы всего затраченного топлива (в обоих рассмотренных случаях, затрачивалось 11 тонн топлива при оставшейся массе 5 тонн), то её скорость относительно планеты может быть увеличена с 60 до 90 км/с, и тогда снова на бесконечность она выйдет со скоростью почти 70 км/с, и удельной кинетической энергией 2,3 ГДж/кг.

Далее, надо сделать ещё несколько манёвров.

Оставшаяся в ракете часть топлива должна отделиться от неё, первоначально в виде небольших контейнеров или кассет с собственными устройствами управления и навигации, и продолжить движение к цели с максимальной скоростью (и энергией); однако, саму ракету (уже без топлива) надо сразу же снова затормозить на 30 км/с, так, чтобы она снова достигла исходного пункта заправки, на расстоянии 20 млн. км от Юпитера, с почти нулевой скоростью. (проще всего, вообще-то, использовать для этого атмосферу самой планеты, и какую-то разновидность парашюта, возможно электромагнитного).