Абсолютное топливо (бонус к 14-й главе КиЯТ)

Изначально "бонусные материалы" задумывались как пояснения технического бэкграунда, но большую его часть я ввел уже в первой книге или выложил в промежутке. Теперь в новой главе появился некий "шионовый бустер", и вместе с ним новый повод для ноучпопа.

Недавно мы вспоминали классический пост Серой Зоны о трех барьерах. Но на парадоксе Ферми

фантдопирование миров

клином не сошлось. Вопросов о фундаментальных пределах - гораздо больше трех. Один из них: возможно ли накопить в килограмме вещества больше энергии, чем энергия связи валентных электронов с ядром на такое количество вещества, не прибегая к ядерным реакциям. И он довольно важен для развития космонавтики. Потому что любое транспортное средство имеет отношение полезной нагрузки и топлива к собственной массе в районе единицы, либо стоит как космос.

В бонусных материалах к БПвБИ я уже писал, что цену ракеты формирует отнюдь не топливо. Топливо-то дешевое, но для взлета с Земли его требуется дохрена. Что мы делаем, когда хотим построить небоскреб повыше? Берем балки толще. Из-за формулы Циолковского, с ракетой так нельзя. Ограничение идет именно по отношению массы топлива и сухой конструкции. Что в итоге?

Взглянем на первую ступень космического носителя. Ну вот хотя бы Протона-М[110], для конкретности. Она — почти полноценное транспортное средство, с двигателями, системой управления, приличным запасом прочности и сухой массой в 31 тонну. При этом на старте ракеты она тащит на своём горбу не только полезную нагрузку, но и всё топливо, все верхние ступени, и, конечно же, себя. В сумме — 683 тонны. Плюс стартовая перегрузка, итого (эффективно) 1068 тонн нагрузки! С точки зрения первой ступени ... Это эквивалент 50 тонн груза, наваленного на легковушку.

В итоге ракеты, даже многоразовые, стоят на 2-3 порядка дороже грузовиков, перевозящих ту же массу с совершением той же работы.

Да, как можно заметить по названию первого романа и содержанию рассказа "Технологии древних", в сеттинге используются системы безракетного старта. Но они есть не везде и не у всех.

Да, как можно было заметить в главе 12, для мира Чарийского Союза я предполагаю, что "Старшип" - рабочая схема. Но он имеет ряд ограничений, самое обидное из которых - необходимость в бесконечных дозаправках на орбите поднимаемым снизу метаном. Общее неудобство хранение газов в невесомости затрудняет организацию очереди заправщиков заранее. Это было бы проще сделать, будь "Старшип" гептиловым, но там другая проблема. Молекула тяжелее, содержит множество атомов, связи между которыми не разрушаются, энерговыделение на килограмм смеси меньше, удельный импульс меньше. А именно он стоит в формуле Циолковского. Формула такова, что для изменения скорости на величину, равную удельному импульсу, в сферовакууме надо потратить 63% начальной массы ракеты. В ситуации взлета с планеты - еще больше, ибо гравитационные и аэродинамические потери. Разница между 3300 м/с в паре метан-кислород и 2800 у НДМГ-АТ прям очень существенная.

Да, как можно было заметить в ранних рассказах, у меня там самолеты на ядерных двигателях летают, что обходит проблему. Правда, упирается в другую: вес собственно реактора. Да, предполагается, что эти системы достигли определенного массового совершенства. Но все же у них есть недостатки, связанные со сложностью оборудования, доступностью топлива и вопросами безопасности. Вы не захотите летать на ядерном реакторе, собранном условным джамшутом за два миска рис. Вы не захотите доверять ему обслуживание реактора. И точно не захотите пихать такой сложный двигатель в каждую торпеду, особенно если речь о торпеде "земля-космос". Это было бы нерациональным расходом редких минералов, которые, вообще-то, намного дольше, чем пару часов, могут по замкнутому циклу крутиться. Поэтому технология военная, а на гражданке летают "старшипы".

Но как насчет чего-то между? Здесь тоже есть варианты. Ведь я уже вводил в текст "запружинную" химию - взрывчатку "меркулит" с тротиловым эквивалентом х7-8. Она основана вот на этой статье. Или в Вики можно посмотреть более простым языком. В реальности она метастабильна. Способы стабилизации этого чуда при нормальной температуре остаются предметом фантастического допущения, но последствия, кроме чудо-взрывчатки, потенциально включают твердотопливные бустеры со скоростью истечения от 4700 до 6700 м/с. Стартовая масса ракеты уже сокращается в разы. Если верна вторая цифра, чему-то в форм-факторе ОТРК можно не только относительно спокойно взлетать с планеты чуть поменьше Земли, но и маневрировать на разгонном участке, затрудняя перехват. Критически важный пункт для средств ПКО.

Шион вдохновлен еще более безумной идеей. Абсолютно безумной, настолько, что герой книги честно сказал "не понимаю". Бозе-конденсат метастабильного гелия 4He* в триплетном состоянии 1s2s3S1 имеет период полураспада более двух часов. Его стабилизация в веществах семейства меркулита - чистейший фантдоп, но если перед активацией вышеописанного бустера накачать в него гелий, то подобная материя, в принципе, способна запасти несколько сотен МДж/кг, что на порядок больше теоретического предела для валентных электронов, как раз достигаемого кубической гош-модификацией. Как запихнуть в ракету - в реальности не понятно. Может и к лучшему. Но когда станет понятно, современные концепты твердофазных ядерных двигателей окажутся морально устаревшими. Впрочем, не газофазных и не солевых, но это пока настолько же непонятная история.