«Техника-молодежи» 1993 г. №11, с.41
Возможно, пророчество Жюля Верна сбудется уже в ближайшие годы. Водородная пушка, прообраз которой недавно испытали американцы, способна разгонять снаряд-спутник до скорости, превышающей третью космическую.
Вот конструкция, собранная на полигоне ливерморской лаборатории в Калифорнии: две трубы, напоминающие газопровод, соединены под прямым углом. Не впечатляет. Принцип действия тоже тривиален.
В первой находится массивный поршень, разделяющий ее на две части — камеру сгорания (в нее подается смесь метана и воздуха) и камеру сжатия, заполненную водородом. Смесь поджигается, давление растет, и поршень, двигаясь, сжимает водород, температура и давление которого тоже возрастают. В какой-то момент перегородка, замыкающая первую трубу, лопается, водород врывается во вторую и разгоняет в ней снаряд. Для усиления эффекта в разгонном пространстве поддерживается вакуум. Когда снаряд вылетает из трубы, ее конец тут же захлопывает диафрагма, не позволяя газу выйти наружу.
Почему в качестве метательного вещества выбран именно водород? Дело в том, что быстрота расширения газов зависит от их молекулярного веса: чем он меньше, тем она больше. Водород стоит в таблице Менделеева первым, поэтому расширяется быстрее других газов, скажем, опережая воздух почти вчетверо, а следовательно, успевает сообщить снаряду большую скорость. Теоретически водородная пушка способна разогнать его до 20 км/с! Кстати, в обычных орудиях этот параметр составляет примерно 1,5 км/с, суперпушка Бюлля «Большой Вавилон» претендовала на 2.4 км/с, а проектируемые в настоящее время электромагнитные пушки — на 7.5 км/ч («ТМ» № 3 и № 7 за 1991 г.). Вообще водородные пушки (или пушки на легком газе) известны по меньшей мере четверть века. В США они использовались в баллистических исследованиях. Так, для отработки вариантов посадки ими выстреливались мелкомасштабные модели спускаемых космических аппаратов. Но по сравнению с ливерморской конструкцией старые пушки — просто игрушки.
| Такой предполагается водородная пушка на базе Ванденберг |
Поршень весом в тонну ходит в 82-метровой трубе диаметром 35,6 см. Водород врывается во вторую трубу, когда давление в камере сжатия достигает 7000 атм. В результате 5-килограммовый снаряд, разогнавшись в 47-метровом стволе диаметром 10,2 см, летит (пока в мешки с песком) со скоростью 4 км/с. Если ствол направить вверх (первую же трубу, из-за ее размеров и массы, выгодно оставить лежащей, потому две части всей конструкции и соединены под 90°), снаряд уйдет на высоту 450 км и вполне может играть роль спутника — его объем позволяет расположить в нем научные приборы.
Но и это еще не настоящая космическая пушка. Ливерморцы проектируют установку для запуска 10-тонного снаряда со скоростью 9 км/с! Полезная нагрузка составит две трети его веса. По расчетам получается, что отправка килограмма ее обойдется всего в 500 долл., на «Шаттле» же это стоит 20 тыс. долл.
Можно стрелять и с меньшей скоростью, скажем, 6 км/с — снаряд не так разогреется, преодолевая атмосферу. Но тогда на нем необходим небольшой ракетный двигатель для выхода на окончательную орбиту. Двигатель помощнее забросит снаряд и на окололунную орбиту, где, похоже, будут монтировать транспорт для экспедиции на Марс. Правда, полезная нагрузка снизится до 1 — 2 т, но все равно это экономически выгодно, тем более что скорострельность пушки раз в неделю.
Человека в космос на спутнике-снаряде, конечно, не отправишь — ускорение в стволе достигает 1500 g, никакому организму не выдержать перегрузки. Впрочем, для 90% грузов, которые сейчас доставляются на околоземную орбиту (горючее, металлические конструкции, пища и другое), она приемлема — даже для электроники, выдерживающей, кстати, в артиллерийских снарядах точного наведения 9000 g.
Но есть у пушки и «слабое место» — камера сжатия. На существующей модели она весит 40 т, сделана из самого прочного сплава и пока, хоть и на пределе, выдерживает возникающие в ней давления. В настоящем же космическом орудии они окажутся выше... Как быть?
Выход видится в новой конструкции — пушке из одной трубы. Водород будет подогреваться в специальной камере электрической дугой и попадать в разгонную часть по боковым патрубкам, поочередно, по ходу снаряда — он начнет ускоряться без излишнего роста давления в ней. (Кстати, подобный способ разгона, правда, другим метательным веществом, хотел осуществить Бюлль в «Большом Вавилоне».)
И последнее. На постройку космической пушки требуется 7 млрд. долл. Получат ли их ливерморцы, пока неясно. Так что отправиться из пушки на Луну — дело не техники, а финансов.
По материалам журнала
«Aviation Week & Space Technology»,
июль 1990-го и август 1992-го.