Синтез

Реакторы термоядерного синтеза работают с использованием магнитных полей, которые в вакуумной камере ограничивают плазму, состоящую из отдельных видов сверхгорячих заряженных частиц, способных сталкиваться и реагировать. Поскольку частицы высоких энергий имеют способность постепенно выбираться из магнитной ловушки, камера реактора должна быть определенного минимального размера, позволяющего предотвращать побег частиц достаточно долго, чтобы хватило времени на протекание реакции. Это требование минимального размера делает производство термоядерной энергии для проектов с низким энергопотреблением не самым привлекательным занятием, но в мире будущего, где энергетические потребности человечества вырастут в десятки или сотни раз, энергия термоядерного синтеза, несомненно, будет самой дешевой альтернативой ее традиционным источникам.

В дополнение к тому, что термоядерные реакторы создадут энергетическую базу для социального роста, они же могут стать частью очень перспективных двигательных систем космических аппаратов в первую очередь потому, что в условиях космоса вакуум, требуемый для реакции, можно получить бесплатно в любом желаемом объеме. Реакция дейтерия и гелия-3 (D/3Не) обеспечивает наилучшую производительность, потому что топливо имеет самое высокое отношение энергии к массе среди известных нам веществ, а производительность гораздо более дешевой реакции на чистом дейтериевом топливе (D-D) ниже примерно на 40 %. Ракетный двигатель на основе контролируемого термоядерного синтеза мог бы работать так, что плазма просто текла бы из одного конца магнитной ловушки, к утекшей плазме добавлялся бы обычный водород, а затем выхлопная смесь направлялась от корабля с помощью магнитного сопла. Чем больше водорода будет добавлено, тем выше будет тяга, но ниже скорость истечения. При полете на Марс или во внешние части Солнечной системы выхлоп будет примерно на 99 % состоять из обычного водорода, и скорость истечения будет более 100 километров в секунду (удельный импульс в 10 000 секунд). Если вообще не добавлять водород, теоретическая конфигурация может дать скорости истечения выше, чем 18 000 километров в секунду (удельный импульс 1,8 миллиона секунд), или 6 % от скорости света при использовании дейтерия и гелия-3, или 4 % от скорости света при использовании чистого дейтерия! Хотя сила тяги для таких ракет на чистом D/3Не или D-D будет слишком низкой для полетов по Солнечной системе, потрясающая скорость истечения означает, что теоретические рейсы к ближайшим звездам можно было бы осуществить менее чем за столетие. Такому кораблю с двигателем на термоядерном синтезе сжигание топлива потребуется, только чтобы развить ускорение, а остановки можно будет достичь путем развертывания магнитного паруса, чтобы создать противодействие межзвездной плазме.

Двигатели на термоядерном синтезе в конечном счете могут сократить полет на Марс с месяцев до недель, полет к Юпитеру и Сатурну – с нескольких лет до месяцев, а путешествие к другим солнечным системам – до десятилетий вместо тысячелетий. Возможно, что космические аппараты на термоядерном синтезе будут развиваться с быстротой, обеспечиваемой земными заводами, но и обратное по меньшей мере равновероятно. Вспомните, что первые действительно эффективные паровые двигатели были построены для снабжения энергией пароходов, а первые практичные ядерные энергетические установки использовались на атомных подводных лодках. Тому есть причина. Системы передвижения постоянно требуют более высокого уровня технологий, тогда как статические системы не требуют. Для потребителя киловатт остается киловаттом вне зависимости от того, производится ли он благодаря термоядерному синтезу или при горении угля. Но космический корабль с двигателем на термоядерном синтезе предлагает совершенно новые и значительно улучшенные технологии. Таким образом, самым сильным начальным толчком для внедрения термоядерного синтеза вполне может быть появление космических двигателей, которые ускорят транспортировку товаров между Землей и Марсом.

В настоящее время мировые исследовательские программы термоядерного синтеза развиваются черепашьими темпами, бюджеты урезаются из-за близоруких политиков, у которых нет ни желания, ни дальновидности, чтобы задуматься о потребностях будущего.

Вынуждая нас развивать технологии термоядерного синтеза, рост марсианской цивилизации вполне может послужить основой для выживания технологического общества.