КОСМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
В ЛАБОРАТОРИИ
Накануне нового — 2003 года в «НВС» появилось сообщение о том,
что в Институте лазерной физики СО РАН проводятся эксперименты на
специальной установке КИ-1 («Космические исследования-1») с
использованием мощных облаков лазерной плазмы. Впервые в
модельных экспериментах обнаружены захват плазмы в дипольной
ловушке, имитирующей магнитное поле Земли, и аномальные эффекты
взаимодействия облаков космической плазмы с магнитным полем.
Доклад руководителя экспериментов — заведующего отделом лазерной
плазмы, доктора физико-математических наук Арнольда Пономаренко
обсуждался на заседании Президиума СО РАН.
Физик А. Пономаренко говорил о том, какие физические процессы
удобно или даже необходимо моделировать в лаборатории, независимо
от космических исследований в натурных условиях. Необходимо
изучать те явления, которые трудно поддаются исследованию
современной наземной аппаратурой или установленной на спутниках
различного назначения. Например, сильные солнечные вспышки.
Отсюда общая программа лабораторных и теоретических
исследований — моделирование мощных взрывов в космическом пространстве.
Галина Шпак,
"НВС"
Лазерный каскад и солнечные вспышки
Дверь в лабораторный корпус космической плазмы открылась для меня
как раз в тот день, когда запустили с Байконура
научно-исследовательский космический аппарат ESA к Марсу.
Случайное совпадение, конечно, но это хороший повод убедиться в
том, что глубокие научные идеи рано или поздно реально взлетают,
если так можно выразиться, и поддерживают форму научных
исследований, непрерывность развития науки, новых ее направлений.
Собственно, идея космического моделирования в лаборатории ИЛФ
зародилась в недрах Института ядерной физики СО РАН, а
строительство установки КИ-1 — Космические исследования-1,
началось еще в семидесятые годы XX века в Институте теоретической
и прикладной механики СО РАН.
 |
| А. Пономаренко |
В первые годы, — сказал А. Пономаренко, — стенд создавался для
решения фундаментальной задачи: определить какова устойчивость
магнитосферы Земли при сильных вспышках на Солнце.
Исследовательская задача оказалась важной для решения инженерных
задач, проблем безопасности космических аппаратов и исследования
искусственных космических взрывов.
— Неясно было, возможно ли использование ядерной энергии в
космосе, как предлагалось знаменитым американским физиком
Эдвардом Теллером в его гипотезе о защите Земли от астероидов,
взбудоражившей весь мир. Ядерные взрывы в космосе были запрещены
в 1964 году, но предлагалось взрывать на «безопасном» расстоянии,
хотя никто не знал на каком. Мы проверяли эту гипотезу
теоретически. Занимались расчетами — где возможно взорвать
астероид, чтобы продукты взрыва не воздействовали на орбитальные
системы, не нарушали магнитосферу Земли. Получилось, что,
во-первых, для крупных астероидов потребуются все мировые запасы
ядерного оружия, а, во-вторых, взрывать надо на расстоянии сотен
радиусов Земли. Взрыв на десяти-двадцати радиусах приведет к
полной деформации магнитосферы. Моделирование таких сложных
процессов очень существенно и для науки, и для принятия решений.
Уточняя исследовательские программы, А. Пономаренко добавил:
- Кроме того, аналогичные задачи связаны с моделированием
взрывов звезд. Куда девается вещество при взрыве? Каков механизм
передачи энергии окружающему пространству? А это уже
фундаментальная задача физики плазмы — как осуществляется
взаимодействие продуктов взрыва с окружающей средой. Куда
вещество разлетается? В бесконечность?
Методика эксперимента с облаком плазмы, который меня
заинтересовал, отрабатывалась на модернизированном стенде.
Осовременилось, но еще недостаточно, автоматизированное
управление сложным лазерным комплексом, имитирующим космическое
пространство вместе с природными и искусственными космическими
телами и солнечным излучением.
 |
| Ю. Захаров
и В. Антонов
|
…В помещение установки КИ-1, куда еще не ступала нога
журналиста, я спустилась по лестнице в сопровождении
А. Пономаренко и ведущих сотрудников лаборатории В. Антонова и
Ю. Захарова.
«Космическое пространство» вместе с «Солнцем» и «Землей»
отключили. Установка молчала, поэтому разрешалось
беспрепятственно войти и полюбопытствовать, что это такое.
При взгляде с порога невольно подумалось — как они тут
разбираются — что, откуда и куда? В центре помещения — довольно
длинный железный стол — крепкое ложе, на котором установлены
мощные импульсные СО2-лазеры с энергией до 3 килоджоулей (на
конденсаторы и другое «железо» уже не обращаешь внимания). На
одной линии с «лазерным каскадом», чуть ниже, стоит вакуумная
камера до пяти метров длиной и диаметром метр двадцать. В нее
можно заглянуть через окно в торце. Внутри на стержне закреплен
шарик — макет планеты Земля с дипольным магнитным полем.
Вспомнилось, что такому фокусу лет сто. В огромной вакуумной
камере с подвешенным шариком астрофизики пытались воспроизвести
наблюдаемые ими северные сияния. Вся соль в том, каким образом
имитируется, допустим, плазменный выброс Солнца. Секрет в
свойствах плазменного лавинообразного лазерного каскада. Подобно
тому, как снежная лавина набирает гигантскую силу на склонах
горных вершин, так и лазерный импульс от задающего генератора
набирает энергию на трех каскадах лазерного усилителя (мне
понравилось это сравнение, придуманное м.н.с. Денисом
Афанасьевым).
Имитация сильного возмущения осуществляется с помощью взрыва,
возникающего при фокусировке на мишень мощного лазерного
излучения. В вакууме возникает поток горячей плазмы, имитирующий
или взрыв звезды, или мощные солнечные выбросы, направленные в
сторону Земли.
Размеры «Земли» в камере определяются задачей, которая решается.
Если имитируется взрыв вблизи Земли, устанавливается диполь до 20
сантиметров. Если нужно посмотреть обтекание космического тела,
наблюдать более глобальную картину, то используется макет
меньшего размера.
- На самом деле внутри катушка, в ней течет ток, точно так же,
как в Земле, создается магнитное поле, так называемое дипольное,
причем, силовые линии изгибаются. Его особенность в том, что в
нем есть два участка — Север и Юг, где возникают фантастически
красивые полярные сияния — область, куда потоки «солнечного
ветра» беспрепятственно проникают… В опытах на КИ-1
наблюдалось, например, как плазма спокойного «солнечного ветра»
изменяет конфигурацию дипольного поля, сжимая его спереди и
формируя область вытянутых магнитных силовых линий в сторону,
противоположную Солнцу.
Владимир Михайлович Антонов знает, что говорит. Он занимается
инженерно-физическим обеспечением эксперимента. Специализация в
работе на такой сложной установке просто
необходима — квалифицированные инженеры и квалифицированные физики. И в то же
время суть в том, что физическая установка — это фундаментальная
основа физического эксперимента, так что в науке идея и «железо»
неразделимы.
- Я исследую техническую часть, чтобы техника работала,
правильно отражала физический процесс. Если я добился этого,
дальше измерения проводятся. Физический процесс достоверен, и его
можно пересчитывать в натурный объект.
- Преобразовать так, чтобы узнать, что происходит там?
- Что может происходить там, если моделируется редкое явление.
Стационарная магнитосфера достаточно хорошо изучена с помощью
спутников и в лабораториях. Мы занимаемся редкими глобальными
возмущениями. Такие случаи были при нашей жизни. По-моему, в 1956
и в 1972 годах наблюдались сильные вспышки на Солнце. В
пятидесятые годы спутников в космосе было еще мало, а вот на
Земле проявилось влияние вспышек вплоть до нарушения в
электросетях в северных районах Америки, например. А в семьдесят
втором пострадало много спутников.
— Проблема устойчивости функционирования спутников до сих пор
актуальна, мы покажем вам на компьютере снимки, сделанные
скоростным фотоаппаратом, — пообещал Арнольд Григорьевич
Пономаренко. — Давно выяснилось, что спутники, летающие на
геостационарных орбитах, заряжаются. На поверхности сателлитов
возникают электрические разряды. Они действуют как замыкание,
случающееся иногда в электрических сетях. Бортовая аппаратура
очень чувствительна к подобного рода воздействиям, тем более
сейчас, когда используется микроэлектроника. Мало кто знает — на
стенде КИ-1 впервые имитировались процессы зарядки советских
спутников (работы лаборатории долгое время были
закрытыми. — Прим. ред.). К нам приезжала команда М. Ф. Решетнева из
Красноярска. По их просьбе мы проводили опыты по облучению
спутников, чтобы понять, почему не возвращается информация с
геостационарной орбиты, что там происходит. Американцы, например,
вынуждены были запустить специальный спутник стоимостью в
несколько миллионов долларов. А мы моделировали, чтобы наглядно
показать, какие процессы происходят, могут происходить там, в
вакууме. Спутники обычно заряжаются во время мощных вспышек на
Солнце, когда в потоке плазмы летят очень энергичные частицы, в
частности, электроны. С этого началась «новая»
наука — электрофизика космических аппаратов. Фундаментальная
астрофизическая задача — классический взрыв Сверхновой звезды.
- Его фиксируют?
- Да, его сейчас фиксируют, изучают с помощью космических
станций. Это как раз событие, которое происходит очень редко, как
и мощные вспышки на Солнце. Примерно раз в пятнадцать лет
возникает очень мощная вспышка, при которой потоки плазмы
прорываются. «Обычно» они тормозятся, останавливаются примерно на
десяти радиусах Земли. Магнитная граница, отражающая потоки
плазмы, перемещается до трех радиусов от нас. А это означает, что
очень многие орбиты, по которым летают космические аппараты,
попадают в область очень сильного возмущения магнитосферы. В
лаборатории моделируются явления, которые невозможно
воспроизвести в космосе. Они происходят редко, но имеют
глобальный характер. Можно раскрыть проблему в другом аспекте.
Сейчас создается космическая идеология. Вспомним предложение
Эдварда Теллера о защите Земли от астероидов. Все испытания
ядерного оружия в космосе запрещены. И в то же время другой
энергетической альтернативы для защиты сейчас нет. Юрий Петрович
Захаров увлекся этой проблемой, поскольку мощные ядерные взрывы,
особенно в окрестности Земли, относятся к тем задачам, которыми
мы занимаемся — моделирование сильных взрывов в магнитосфере
Земли. Нам было проще ответить на вопрос, что произойдет, если
действительно придется применить мощный ядерный заряд и что будет
происходить с возмущением околоземного пространства. Вот так
возникла задача о сильных искусственных взрывах внутри
магнитосферы Земли. Может мы посмотрим картинку? Наши сотрудники
контактируют со многими российскими и некоторыми зарубежными
лабораториями. Юрий Петрович работает с мощной японской группой
физиков и компьютерщиков.
 |
|
Мне показали графическое изображение — схему моделирования
взрыва астероида на расстоянии двух радиусов Земли. Магнитное
поле изображается катушкой-прямоугольником — кастрюля такая, по
которой течет ток, и силовые линии магнитного поля — странный
цветок орхидеи, уходящий в бесконечность.
- Видите, где произошел взрыв? На компьютере интереснее. Часть
вещества уходит от Земли. Плазма не движется к Земле, ее
магнитное поле задерживает.
- А где появляется ее свечение?
- Свечение появляется над Землей какое-то время спустя и
становится ясно, что основная часть горячего вещества отражается
Землей. А другая — попадает в полярные области — на Северный
полюс и Южный. Коллеги Захарова, которые считали эту задачу на
компьютере, показали, что компьютер как-то улавливает в общем эту
картину — динамику продуктов взрыва. На картинке изображены
узкие «носы» — эти кривые означают часть продуктов взрыва,
которые устремляются к Земле… Исследования, все то, что
называется устойчивостью магнитосферы Земли, получило название
«Космическая погода». — Существует одноименная большая международная
программа, — сказал А. Пономаренко. — Мы можем изучать наиболее сильные
возмущения в этой космической погоде. Например, погода меняется,
наблюдаются возмущения — плюс-минус — чепуха. А вот мощные
возмущения — не дай Бог, как в Америке торнадо до десятков
подряд в течение суток… Вот такие подобные катастрофические
явления в Космосе мы изучаем. И связаны они, в том числе, со
стабильностью космических аппаратов.
- Кажется, ваш «лазерный каскад» на что угодно способен.
- Лазеры можно успешно применять не только для моделирования
взрывов, но и в моделировании сильных возмущений в обычных
газодинамических потоках. И в этом направлении в нашем отделе
работают. Мы контактируем с Институтом теоретической и прикладной
механики — рядом находимся, и с химиками-неорганиками существуют
совместные проекты.
- Скажите, у вас лабораторный, натурный эксперимент на установке
идет одновременно с компьютерным?
- Компьютерного эксперимента пока нет. Есть компьютерные
расчеты.
Юрий Петрович Захаров пояснил, что такие расчеты проводятся с
группой профессора Хайдеки Накашима университета Кюсю (Япония),
которая использует уникальную трехмерную программу на основе
метода частиц. Это единственная действующая программа расчета
подобных трехмерных задач. Получено много интересных результатов
в хорошем соответствии с экспериментом.
- Другой задачей, назовем ее — преобразование
энергии — импульса термоядерного микровзрыва — заинтересовались
американцы. Есть такая программа VISTA. Суть американского
проекта: в эксперименте с помощью мощного лазера взорвать
термоядерную мишень в вакууме. При этом выделится примерно десять
мегаджоулей термоядерной энергии. В однородных или дипольных
магнитных полях можно прямо преобразовать энергию этой плазмы для
создания, например, космических двигателей для дальних
межпланетных перелетов. Эксперимент только планируется в
Национальной Ливерморской лаборатории на установке NIF. У
американцев будет похожая на нашу система — такая же катушка, на
ее оси производится взрыв, и через взаимодействие с магнитным
полем импульсы плазмы передаются «кораблю». Но у них еще лазер не
построен. В НАСА проводят расчеты, в частности, доктор Рон
Личфорд. У нас расчетными задачами занимается аспирант Виталий
Вшивков(он сейчас работает в Японии). Задача с двигателем
космического корабля почти осесимметричная. У них у всех иногда
не хватает вычислительных возможностей. Даже у американцев! О
наших говорить не приходится. И все-таки данные, которые получены
в экспериментах на установке КИ-1, конечно, существенно им
помогают. Нашими данными пользуются для проверки разных программ.
У французских коллег из Комиссариата атомной энергии другая
трехмерная задача. Их интересует желобковая неустойчивость
плазмы, но в однородном магнитном поле. Интересно сравнить,
насколько точно они могут это воспроизвести в своей
вычислительной программе.
- И никто у нас не удивился, — спросила я, — что вы сумели
получить плазменный выброс Солнца в миниатюре? Может, хотя бы
мыслено взлетим. Не хочется, чтобы наша страна превратилась в
самую скучную, приземленную, занятую вечной перестройкой. Тем
более, что и в науке снова началась реорганизация под девизом
«актуально — не актуально».
Пока летит «Марс-экспресс»
Актуальна или не актуальна проблема, которой занимаются физики в
лаборатории космических исследований? Об этом мы разговаривали в
кабинете Арнольда Григорьевича Пономаренко. Разговор
сопровождался иллюстрацией на мониторе. Мой собеседник показывал
мне обещанные снимки, сделанные внутри вакуумной камеры установки
КИ-1.
- Если пренебречь фактором везения, вопросы актуальности
исследований, приоритета, конечно, существуют. Но занимаешься ты
нужным делом в науке или нет, — объективной оценки, на мой
взгляд, не существует. Другое дело — экономические
обстоятельства. Актуальность сейчас будет определяться
финансированием. Если есть финансирование — значит, актуальная
задача. Посему это становится коммерческой проблемой. Даже
модной. Например, облучение плазмой тканей. Материал приобретает
совершенно новые качества.
- «Плазменная» одежда — не так уж плохо. Но с небес на землю?
Только одеждой развивать космическое сознание? Вот и все
разглагольствования о науке XXI века! А вдруг вокруг Земли и над
ней будут «летать» тысячи ядерных взрывов? Актуально?
- Искусственные ядерные взрывы запрещены, но естественные всегда
происходят. Взрыв — сущность Вселенной. И вспышка Сверхновой, и
возмущение на Солнце, и взрыв ядерной бомбы имеют одну и ту же
природу. Точнее, подобный результат — выброс быстрой плазмы.
Сейчас вся космическая технология сосредоточена на спутниках. И
вся оборонная космическая.
- И на единственной Международной межпланетной обитаемой станции
МКС.
- Согласен, но спутников — более восьмисот, из них российских
около двух сотен. Когда начали осваивать околоземное
пространство, спутники летали невысоко — 300-400 км от Земли.
Уже давно освоены более дальние расстояния. Космические аппараты
телевизионной и радиотелефонной связи находятся на расстоянии 30
тыс. км от поверхности Земли, вблизи границы магнитосферы. И
экзотическая среда, которая там существует, зависит от того, с
какой интенсивностью «солнечный ветер» давит на магнитосферу, то
есть, как окружающая среда воздействует и на летательный аппарат.
Поэтому важно предсказывать космическую погоду. Хотя бы для того,
чтобы в опасный момент выключить бортовую электронику.
Вопрос космической погоды весьма принципиален. Сильные возмущения
в Космосе приводят к существенным искажениям работы всех
летательных объектов. Ясно, что системы становятся
неуправляемыми. Это самое слабое место человечества. Если
«железо» сейчас решает хотя бы одну из многих космических
задач, — это уже актуально. Так что проблемы, которыми занимаемся мы,
обладают всеми признаками, чтобы заинтересовать человечество и
умных специалистов. В архивах сохранилось Постановление
советского правительства о создании установки КИ-10, которая
должна была в 10 раз превышать размеры существующей нашей
установки. КИ-1 вообще единственная в России, и в мире не так уж
много — две-три лаборатории, способных проводить подобные
исследования. К нам обращается Французское агентство по атомной
энергии, Европейское космическое агентство. Специалистам важно
получить правильный результат. Благодаря спутникам получена масса
информации. Особенно привлекает спутник-лаборатория «Эйнштейн» и
космический телескоп «Хаббл». Сделано колоссальное количество
открытий. Зафиксирован взрыв Cверхновой в 1987 году. Кроме того,
зафиксировано множество объектов во Вселенной, излучающих большое
количество энергии. Пульсары, например. Есть подозрение, что
удалось сфотографировать то, что называют «черной дырой». Очень
точный космический телескоп «Хаббл» работал четко, но однажды
что-то нарушилось. С зеркалами немного ошиблись, а станция
миллионы долларов стоит. И вот, чтобы заменить зеркала, оптику,
американцы запустили новый «шаттл» и успешно провели эту
операцию. В Космосе происходит очень много интересных событий.
Астрофизики изучают космические снимки, помимо натурных
наблюдений. Если говорить о более узкой задаче, то мы
интересуемся взрывом, потому что эта стадия во Вселенной очень
часто происходит. Это один из важнейших элементов развития
системы, говоря физическим языком. Процесс взрыва означает, что
вещество из одного вида переходит в другое и куда-то должно
разлетаться. Это трудно понять, потому и интересно. Мир состоит
из звезд, хотя астрофизики говорят, что существует еще невидимая,
«темная» часть вещества, которое составляет основу Вселенной.
Новых фундаментальных вопросов прибавилось, и задача исследования
солнечной вспышки по-прежнему остается необходимой.
«Взрывную часть» процесса исследований Арнольд Григорьевич
продемонстрировал на снимках. На экране монитора я увидела
лазерный усилитель более детально, чем в лаборатории, когда мне
объясняли принципы устройства установки КИ-1. Живопись все-таки
помогает. Можно рассмотреть, из какого окна вылетает лазерный
луч, а затем фокусируется на мишень в вакуумной камере.
- Я уже говорил, что взрыв звезды — это классическая задача
физики плазмы. При взрыве быстрое горячее вещество начинает
расширяться. Куда оно полетит, как взаимодействует с окружающим
пространством? Как это вещество передает энергию и сколько
родится быстрых частиц? Что перейдет в излучение?
- Быстрые, с какой скоростью они летят?
- До тысячи километров в секунду.
- А это что за барабан?
- Это спутник. Смотрите. Когда частицы попадают на поверхность
спутника, несмотря на то, что плотность среды невелика, тем не
менее отдельные его элементы заряжаются и возникает электрический
микроразряд. На антенне, с помощью которой передается информация
на Землю, возникают, видите — белые точки на ее
поверхности — это микровзрывы. А в углу — солнечная батарея… И здесь
микровзрывы. Почти на всех элементах сложной структуры…
Мы просмотрели большой набор картинок. Вот в
«сверх-сверхзвуковом» полете Земля, а впереди ее гигантская дикая
бабочка «солнечного ветра». Черный мир вспыхивает красками. Эти
изгибы, павлиньи хвосты… Конечно, это было нарисовано, исходя
из современных представлений.
- Но вы мне покажете, наконец, облако плазмы?
- Смотрите. Представьте, что это Земля. Северный и Южный полюса.
Силовые линии входят и выходят. Если вы в околоземном
пространстве поставите мишень и сфокусируете на нее излучение…
По идее при взрыве должно возникнуть сферическое облако плазмы…
Эта модель показывает, что в реальных условиях взрыв не
шарообразен. Это очень сложное образование. Часть струй улетает
от Земли в большое пространство, а часть плазмы возвращается на
Землю. Вот эти яркие точки на ее поверхности (показывает снимок).
В лаборатории воспроизвели очень важный элемент
процесса — определили, какая часть улетит и какая вернется на Землю.
- Как это действует на Землю?
- Как полярное сияние действует? Небеса светятся. Значит,
продукты взрыва летят на Землю гораздо интенсивнее. Мощное
полярное влияние. Атмосфера ионизируется. Прекращается
радиосвязь. И, кроме того, радиоактивные осадки выпадут. Вот
почему прекратили взрывать ядерные и прочие бомбы в воздухе. Если
взрыв на расстоянии двух радиусов Земли — масштаб разлета
составляет сотни километров, а ближе к Земле воздействие будет на
тысячи километров.
Наконец, на экране облако.
- Это мы сфотографировали прямо с торца камеры, где стоит
большой магнит (магнитосфера). Взрывали несколько шариков.
Сначала облако кругленькое, а затем превращается в нечто
чудовищное. Допустим, на экваторе взорвали астероид. Магнитное
поле отражает плазму. На экваторе магнитное поле защитит людей, а
на севере и на юге, где силовые линии собираются, произойдет
мощное вторжение. Мы занимались различными вариантами этой
многофакторной задачи. Проводились и теоретические расчеты. Для
того, чтобы яснее увидеть картину исследований, мы, например,
вырезали сегмент на модели Земли в северной области и
воздействовали плазмой…
Аварийные ситуации все равно придется изучать. Речь идет об
энергетике космических систем. Без серьезных источников энергии
невозможно осуществить ни одну научно-исследовательскую
программу. А полетят далеко.
- Межпланетная станция «Марс-экспресс» уже летит к далекой
красной планете.
- Не дай бог, что случится, — «шаттл» не поможет…
Электричество в Космосе добывается с помощью солнечных батарей.
Но солнечные батареи имеют низкую энергетическую мощность. Если
требуется создать стокиловаттную электрическую станцию, не говоря
уже о мегаваттной, то нужно навесить здоровенную батарею… И
чинить сложно. Я не претендую на то, что у меня есть абсолютное
представление, как будет развиваться космическая энергетическая
программа, но совершенно ясно, что плотности солнечной энергии
будет недостаточно.
Понятно, что мой собеседник вывел меня к более глобальной
проблеме, связанной с установкой КИ-1.
Когда я разговаривала с физиками по отдельности, я спросила
Владимира Михайловича Антонова, чем они интересны для других
исследователей? Он прямо высказался:
- С такими возможностями стенда, где есть мощные лазеры, большая
вакуумная камера с магнитным полем, да еще с диполями… Это и
позволяет делать самые различные эксперименты, начиная от
магнитосферных проблем и солнечных вспышек, со взрывами и до
проблем космического двигателя — таких экспериментов никто нигде
не проводил и, жаль, еще лет пять не смогут проводить.
- С двигателем? Об этом мне Юрий Петрович рассказывал. Это что?
В космосе будет производиться подзарядка?
- Да. Это громадное устройство с мощными лазерами, накопителями
энергии.
- Где установят?
- На корабле.
- Если мне захочется построить корабль, который полетит на Марс,
сколько придется пилить туда и обратно, учитывая, что летящий
аппарат доберется туда через полгода?
- С таким, пока не существующим двигателем, возможно обернуться
за месяц. Полгода лететь — это для человека не только
психологическая проблема. Два-три месяца — куда ни шло, чтобы
слетать туда и обратно.
- Не могу представить. На корабле будет что-то вроде вашей
установки?
- Подобное в том смысле, что будут происходить микровзрывы в
различных магнитных полях, которые мы исследуем. Плазма
разлетается в одну сторону, импульсы кораблю — в другую. Такое
устройство обладает большим КПД. Кораблю может быть создана
большая скорость движения — сотни километров в секунду. За счет
этого такое короткое время полета. Там будет маленький
термоядерный реактор на основе лазерного термоядерного синтеза.
— Микротаблетка, — подсказал Юрий Петрович
Захаров, — возможно, с тритием, дейтерием или гелием-3. Таблетку со всех
сторон облучают лазером. Она нагревается и сжимается… Энергия
термоядерной реакции будет использоваться для ускорения движения
космического аппарата… На основе импульса. И не надо запасаться
топливом…
- А куда оно будет деваться? Отходы — куда?
- Магнитное поле поможет. Продукты взрыва будут направляться в
одну сторону, а сам аппарат — в другую. Магнитное поле как
преграда предохранит конструкцию корабля от налетающих
высокоэнергетичных частиц.
— Фактически создается магнитное сопло (без стенок!). Если
энергия лазера один-два мегаджоуля — таблетка как взрыв
термоядерной бомбы в миниатюре.
— Части энергии хватает, чтобы запастись электрическим способом
для следующего взрыва, — добавил Ю. Захаров.
- А, так будет много таблеток? Поступательные взрывы?
- Тысячи таблеток. В исходном проекте расчетные взрывы — 50
таблеток в секунду, что, конечно, трудно себе представить.
- Я слышала, что в Марсианскую программу хотят пригласить и
российских специалистов.
- На самом деле существуют разные программы, в том числе,
обычных плазменных двигателей. Действительно, лучшие плазменные
двигатели разработаны российскими учеными. Они используются на
многих космических аппаратах, в том числе зарубежных. Однако
создание лазерно-термоядерного двигателя — наиболее сложная
программа для реализации. Существуют и другие способы, которые
сейчас интенсивно развиваются. Но проблема в источнике энергии.
Требуется короткий срок перелета. Пока не ясно, какой выбор
сделают, и какой проект будет выполняться в ближайшем будущем.
- А «Марс» продолжает полет.
- И все-таки, сейчас самый эффективный — плазменный
двигатель, — повторил В. Антонов.
- Наша задача «проще», но все-таки она близка к новым проектам.
— Здесь много новых физических явлений, — уточнил
Ю. Захаров, — как плазма разлетается в магнитном поле, насколько она устойчива,
эффективность этих процессов. Все это будет в конечном счете
определять практические возможности создаваемого
лазерно-термоядерного двигателя, его эффективность. К тому же
есть еще один близкий аспект. Если корабль начнет взлетать, то на
орбите около Земли возникнут гигантские выбросы плазмы. Могут
быть радиоактивные выбросы в магнитосферу. Эта задача похожа на
астероидную проблему.
Активный эксперимент в Космосе
Если вы правильно понимаете физику дела, как сказал
А. Пономаренко, то можно моделировать взрыв любой энергии. Он
показал мне картинку, на которой изображено рождение маленькой
звезды, которую создали американские геофизики в открытом
Космосе.
- Они фактически используют космическое пространство как некую
лабораторию. Произвели безопасный химический взрыв, использовали
несколько килограммов бария (проекты AMPTE, CRRES). Масштабы
взрыва — сотни километров. Почти все эти эффекты можно наблюдать
в лаборатории КИ-1 (у нас масштабы — десятки сантиметров). Если
эксперименты проводить совместно в открытом Космосе, в
лаборатории на Земле и на полученных данных провести расчеты,
тогда успех создания физической модели возрастает неизмеримо. И
фотографии убеждают, что наблюдается не только общая картина, но
и совпадение деталей. Здесь важны методы определения параметров
подобия. В основе этих экспериментов лежит одно явление. Мы
называем его — облако взрывающейся плазмы.
- Ну вот, опять пошли по кругу.
- Надо прояснить. Это облако, быстрые частицы летят почти сквозь
ничто. Когда взрывается Сверхновая, в окружающей среде, в
«кубике» всего одна частица. Ее ничто не сможет
остановить — улетит в бесконечность… Если бы так происходило, то устройство
Вселенной было бы совсем другим. Если есть хотя бы маленькое
магнитное поле, есть разреженная ионизированная среда (то, что
называется плазмой), в этом случае продукты взрыва, выталкивая
магнитное поле со средой, начинают тормозиться. Это уже не
расширение в вакууме. Это очень важный фундаментальный процесс.
Надо узнать, за счет чего происходит взаимодействие. Здесь теория
не имеет надежных соображений. Есть масса феноменологических
моделей. Допустим, вы видите взрыв, который произошел в прошлом,
а через тысячи лет остатки взрыва будут иметь вид каких-то
разорванных структур, как Кассиопея на фотографиях. Созвездие с
изрезанными, ярко светящимися полосами. Где там вещество, что там
происходит — неизвестно. Многие исследователи занимаются
космическими частицами, потому что их рождение и превращения
важны для выяснения общей энергетики Вселенной.
- С нашими космофизиками вы сотрудничаете?
- Конечно. Последние пять лет работаем с московским ИЗМИРАНом, с
группой директора института, профессора Виктора Николаевича
Ораевского. Надежную информацию о событиях, происходящих на
Солнце, можно получить только с помощью спутников. Москвичи и
возглавляют эту программу. Получены замечательные
фотографии — как происходят вспышки на Солнце. Чтобы построить модель
солнечной вспышки, необходимы наблюдательные данные, поскольку
это явление неуправляемое. Еще не существует законченной теории
не только сильных вспышек, но и слабых. Мы моделируем в
лаборатории эти и другие явления, а наши партнеры будут
использовать экспериментальные данные, чтобы лучше подготовить
аппаратуру для натурных наблюдений в космическом пространстве.
Фото В. Новикова
стр. 4-5
|
