Межпланетные транспортные системы. Часть 4. Внешняя тяга

Та самая пушка Верна. Если вместо пороха использовать электромагнитизм можно обеспечить ускорение приемлемое для пилотируемости. Проблема в том что неприемлемой будет длинна ствола. Она задается формулой

S = V*V/(2*a)

Итого если нам надо скорость 10 км/с и при ускорении 20 м/с2... нужно 2.5 тысячи километров. Чето много.

Но в открытом космосе совсем не обязательно делать ствол физическим объектом. Это может быть просто направление вдоль которого светит мощный лазер или направлен поток плазмы.

Лазер + фотонный парус уже давно стал классикой

Картинка из книги "Заботы космического архитектора"

В случае идеального зеркала паруса тяга в ньютонах будет равна мощности в Ваттах излучения, упавшего на парус, деленного на 150 миллионов м/с. Это потому что фотоны соударяются с идеальным зеркалом упруго - в случае полного поглощения было бы деление на скорость света. Короче говоря, если ЭРД для Ньютона тяги требовались какие-то там десятки-сотни киловатт, то тут ради несчастного Ньютона надо выложить 150 МЕГАВатт, Карл! Хорошая новость в том что генератор этих мегаватт с собой не тащим и на его удельную мощность до лампочки. Малая удельная мощность для разгонного лазера даже достоинство - не унесет отдачей.

Скинем наше ускорение до 2 м/с2, оставив желаемую скорость по-прежнему 10 км/с. Теперь нам нужен разгонный трек в 25 тыс км. Кто-то скажет что лазер так далеко не светит, но важная поправка "боевой лазер". А у нас мирный которому как раз НЕ нужно плавить парус - диаметр луча может быть сильно выше чем у оружия, что хорошо влияет на расходимость. На каждую тонну корабля нам нужно 2 кН или 300 ГВт. Допустим тонн за раз разгоняем 100. Уже 30 ТВт. В современных солнечных батареях на орбите Земли это 100 миллиардов квадратных метров или 100 тыс квадратных километров. Поле батарей и лазерный массив скорее всего будет выгодней собирать в виде роя. Можно скинуть ускорение, но на 250 тыс км к проблеме расхождения луча прибавится проблема взятия упреждения на скорость света и угловой точности.

В большинстве случаев идея тратить на Ньютон тяги целых 150 МВт не выглядит здравой. Тягу можно повысить разгоняя с помощью энергии лазера вещество. Можно светить в солнечные батареи солнечно-электрического корабля, но это скорее из области "зачем просто когда можно сложно". Просто в данном случае - поставить зеркало, фокусирующее свет на рабочем теле, которое будет разгоняться термическим способом. Как и в случае с электрическими двигателями, тяга будет обратно пропорциональна скорости истечения. Но скорость света настолько огромна что для Солнечной легко подобрать скорость истечения лазерного двигателя при которой и расход рабочего тела приемлемый и энергии много не требуется.

При скорости истечения 50 км/с, КПД 50 % на разгонном треке в 25 тыс км для скорости 10 км/с 100-тонному кораблю (снаряду?) требуется мощность всего-то 10 ГВт или 30 квадратных километров солнечных батарей.

Другой вариант внешнего привода с умеренным расходом энергии - магнитный парус. Разгонная станция представляет собой ионный или плазменный двигатель, разгоняемый корабль должен иметь магнитный парус - петлю сверхпроводящего кабеля с током. Без учета геометрических потерь (мимо паруса), его тяга равна тяге создающего разгонный луч двигателя. Точнее есть еще уменьшение относительной скорости разгонного джета, но если струя в 5-10 и более раз быстрее корабля ей можно пренебречь. Профит в том что не разгоняем ускоритель плазмы с его электростанцией.

Станции внешнего привода позволяют осуществлять быстрые полеты по Солнечной на уже условно-современных технологиях - проблемы с их строительством в основном количественные (30 квадратных километров батарей). Но есть и организационные проблемы. Если наш корабль не может затормозить на финише самостоятельно то выход из строя генератора луча означает что корабль улетит к звездам. Сеть разгонных станций должна иметь дублирование и управляться одной организацией для предотвращения "нетехнических" причин отказа в торможении.

Как-то так это будет работать

Для пассажирских кораблей возможен вариант разгона полностью заправленного "Старшипа" (желательно водородного или ядерного) с запасом дельты на аварийное торможение. Скорее всего в первые годы эксплуатации технологии так оно и будет, по мере накопления статистики безаварийного использования будут переходить на быстрые полеты без "парашюта".

Интересно что внешний привод в виде ионного луча и магнитного паруса является стелс-двигателем. Потенциальный противник знает в лучшем случае что разгонный луч работал, но что разгонял и разгонял ли - нет. Если, конечно, не подберется своими зондами-шпионами совсем уж неприлично близко. Стелс-кораблям, очевидно, придется тормозиться у цели своими двигателями, но до торможения остаться незамеченными вполне реально.