Atomska energija i međuplanetarni letovi

Atomska energija vrši veliki uticaj na razvitak nauke i tehnike i njeno iskorišćavanje stvara široke mogućnosti za rešavanje najtežih problema vezanih za ostvarenje kosmičkih letova i osvajanje vasionskog prostora.

Koji su ciljevi kosmičkih letova i ima li smisla raditi na njihovom ostvarivanju?

Odgovor na ovo pitanje može se dati pre svega, ukazivanjem na one koristi i preimućstva koje će dobiti nauka tokom osvajanja međuplanetarnog prostora. Već lansiranje prvih raketa i veštačkih zemljinih satelita omogućuje stvaranje vanzemaljskih laboratorija za fizička, hemijska i biološka istraživanja u bestežinskim uslovima, uslovima niskih temperatura i velikog razređenja vazduha. Biće moguće stvaranje meteoroloških stanica izvan zemlje, retranslacionih stanica za kratkotalasne radio i televiziske emisije, astronomskih opservatorija gde atmosfera neće deformisati vidljivost drugih nebeskih tela itd. Sve ovo ima ogroman naučni i praktični značaj.

Stvaranje veštačkih zemljinih satelita, a zatim i kosmičkih brodova za letove na druge planete, biće novi krupan korak na putu spoznaje i pokoravanja prirode. Još početkom XX veka naučnicima je pošlo za rukom da procene matematičke uslove neophodne za ostvarenje međuplanetarnih letova. Fundamentalan značaj u ovome imaju radovi velikog ruskog naučnika K. E. Ciolkovskog, koji je postavio temelje nauke o međuplanetarnim letovima, koja se zove astronautika.

Ciolkovski je prvi jasno formulisao misao da je raketa jedini leteći aparat prikladan za kosmičke letove, a raketni motor jedini motor koji je sposoban da radi u bezvazdušnom prostoru. On je pri tome jasno video koliko napora, prethodnih ispitivanja i eksperimenata moraju napraviti naučnici i konstruktori pre nego što se uspe stvoriti prvi međuplanetarni brod, sposoban da savlada privlačnu silu Zemlje i odleti u vasionski prostor.

U čemu se sastoje osnovne tehničke teškoće vasionskog leta i kakve su danas praktične mogućnosti za stvaranje međuplanetarne rakete?

Pri malim brzinama horizontalnog leta, raketa, kao što je poznato, pada na kraju natrag na Zemlju. Da raketa ne bi pala, nego nastavila sa kretanjem oko Zemlje na jednoj te istoj visini, postavši na taj način njen veštački satelit, mora posedovati potpuno određenu brzinu horizontalnog leta, koja se naziva brzina kruženja ili prva kosmička brzina.

Ova brzina nije stalna: blizu zemljine površine iznosi 7.900 metara u sekundi i prema povećanju visine leta smanjuje se. Na visini od 200 kilometara brzina kruženja rakete-satelita mora da iznosi približno 7.800 metara u sekundi (28.000 kilometara na sat), a na visini od 800 kilometara već 7.400 metara u sekundi.

Satelit koji bi bio udaljen 35.800 kilometara i koji bi se kretao u ravni ekvatora sa zapada na istok brzinom od oko 3.000 metara u sekundi izgledao bi nam »nepokretan«, jer će za 24 sata napraviti jedan okretaj zajedno sa Zemljom.

Kada ne bi bilo privlačne sile Zemlje, svako telo bačeno horizontalno kretalo bi se po inerciji pravolinijski i ravnomerno i odletelo bi u vasionski prostor po tangenti na putanju kruženja kojoj je centar u centru Zemlje. Ali, uticaj gravitacione sile prisiljava telo da sa ovoga puta skrene ka Zemlji. Kod manjih brzina kretanja telo pada natrag na Zemlju. Pri kružnoj brzini kretanja telo uspeva da »pada« samo toliko koliko je neophodno da ostane na putanji kruženja. Gravitaciona sila neprekidno menja smer kretanja tela zadržavajući ga na toj putanji.

Posle lansiranja nekoliko veštačkih zemljinih satelita može se ostvariti sledeća etapa osvajanja vasionskog prostora - odašiljanje upravljive rakete na Mesec. Da bi raketa mogla savladati gravitacionu silu Zemlje i doleteti na Mesec, mora da postigne drugu kosmičku brzinu koja iznosi 11.200 metara u sekundi (preko 40.000 kilometara na sat).

Kojim putem se mogu dostići tako velike brzine leta?

Za postizanje kosmičkih brzina potreban je motor malih dimenzija i težine koji će biti sposoban da razvije ogromnu snagu i to u bezvazdušnom prostoru. Ove zahteve danas zadovoljava samo raketni motor. Sada se svaki međuplanetarni brod i veštački zemljin satelit zamišlja pre svega kao raketa snabdevena sa raketnim motorom na tečno gorivo.

Kod ovih motora komora za sagorevanje i mlaznik služe za pretvaranje hemijske energije goriva u toplotnu i njeno pretvaranje u kinetičku energiju ističućeg mlaza vrelih gasova. Gorivo i oksidator ubrizgavaju se u komoru sagorevanja pomoću specijalnih pumpi pod pritiskom koji za preko 5-6 atmosfera premašuje pritisak u komori.
Osnovni zahtev postavljen prema mlaznom motoru jeste minimalna specifična potrošnja goriva ili, što je isto - visoki specifični potisak. Specifični potisak zavisi od brzine isticanja gasova iz mlaznika i kod savremenih motora iznosi 200-300 kG sek/kg (200-300 kG potiska od sagorevanja kilograma gorivne smese u sekundi). Brzina isticanja sa svoje strane zavisi od temperature i pritiska gasova u komori sagorevanja. Kod savremenih mlaznih motora temperatura u komori dostiže do 2.500-3.000°C, a brzina isticanja gasova iz mlaznika iznosi 2.000 do 3.300 metara u sekundi. Kod korišćenja najefektivnijih komponenti goriva, kao što su vodonik-flour, brzina isticanja gasova može biti povećana do 4.000 metara u sekundi.

Dostignute brzine i visine

Raketna tehnika prošla je za poslednjih 10-20 godina veliki razvojni put. Neprekidno raste tehničko savršenstvo, brzina, visina i domet raketa. Jednostepene borbene i meteorološke rakete sada se penju na visinu do 300 kilometara, razvijaju u letu maksimalnu brzinu preko 6.000 kilometara na sat, što za 5-6 puta premašuje brzinu zvuka. Dolet jednostepenih raketa premašuje 400 kilometara.

Od prostog povećanja razmera jednostepene rakete ne može se očekivati dalji znatniji porast brzine i dometa, radi čega se većina raketa projektuju kao višestepene.

Višestepene rakete mogu se penjati na visinu preko hiljadu kilometara i imaju hiljade kilometara doleta. Takve rakete dobile su naziv strategijskih ili interkontinentalnih projektila i sada počinju dobijati veliki vojni značaj. U nizu zemalja već nekoliko godina ostvaruje se program stvaranja intekontinentalnih raketa. Tako je, naprimer, razrađen projekat trostepene rakete koja treba da razvije brzinu koja odgovara petnaestostrukoj brzini zvuka (18.000 kilometara na sat). Pri ovome poslednji stepen rakete treba da se popne na visinu od 915 kilometara i postigne horizontalni domet od oko 8.000 kilometara. Dalje, predviđa se stvaranje višestepene interkontinentalne rakete sa dometom preko 8.000 kilometara i brzinom leta jednakoj dvadesetostrukoj brzini zvuka. Najviša tačka putanje leta rakete dostiže 1.280 kilometara, a brzina na kraju aktivnog dela leta iznosiće 6.700 metara u sekundi (24.100 kilometara na sat).

Razmatrajući zaista grandiozne uspehe raketne tehnike naših dana, može se reći da razvitak raketne tehnike krči put za dalji brzi progres pojedinih grana nauke i tehnike, industrije i transporta. Razvitak raketne tehnike poslužio je kao dobra pripremna etapa za postizanje kosmičkih brzina, za stvaranje veštačkih zemljinih satelita i u skoroj budućnosti za ostvarenje međuplanetarnih letova.

Stvaranje, ispitivanje i usavršavanje gigantskih raketa, snabdevenih sa snažnim raketnim motorima već je znatno pomoglo u skraćivanju rastojanja između teoretskih radova i praktičnog ostvarenja prvog kosmičkog putovanja.

Dva puta ka kosmičkim brzinama

Iz poznate formule Ciolkovskog za krajnju brzinu rakete na aktivnom delu leta, vidi se da brzina koju dobije raketa kod potrošnje svega goriva, zavisi od brzine isticanja gasova iz mlaznika i od odnosa između početne i krajnje težine rakete. Kod ostalih istih uslova potisak i ekonomičnost raketnog motora određuju se brzinom isticanja gasova. Što je veća brzina isticanja to se veća sila potiska stvara sa svakim kilogramom gasova dobijenih iz gorivne smeše, a time efektivnije iskorišćujemo gorivo sadržano u raketi.

U sadašnje vreme postignute su veoma značajne brzine isticanja: snažan zvižduk i urlanje prate zaslepljujući mlaz užarenih gasova koji se izbacuju ogromnom brzinom iz mlaznika rakete velikog potiska. Nezaštićeni čovek nije u bezbednom ako se nalazi blizu startnog terena za vreme poletanja velike visinske rakete.

Međutim, postignute brzine isticanja praktično su nedovoljne za ostvaren međuplanetarnih letova.

Pošto postizanje brzina isticanja preko 4.000 metara u sekundi pomoću hemijskih goriva predstavlja veoma tešku stvar, dalje povećanje brzina leta rakete mora potpuno ići na račun njenog konstruktivnog usavršavanja, tj. na račun povećanja odnosa težine goriva prema težini rakete.

Iz poznate formule Ciolkovskog proističe da čak pri brzini isticanja od 4.000 metara u sekundi, za postizanje druge kosmičke brzine od 11.200 metara u sekundi treba napraviti raketu čija bi konstrukcija zajedno sa motorom, rezervoarima i opremom težila za 16 puta manje od početne količine goriva. Osim toga ova formula je izvedena ne uračunavajući otpor atmosferskog vazduha i uticaj gravitacije. Ako se pri proračunavanju uzmu u obzir i ovi faktori i praktično postignute brzine isticanja, dobiće se da na svaki kilogram težine konstrukcije, opreme i korisnog tereta, raketa mora da nosi najmanje 25-30 kilograma goriva. Stvaranje rakete sa takvim težinskim karakteristikama predstavlja u sadašnje vreme nesavladive tehničke teškoće, radi čega se i mora prelaziti na višestepene rakete.

Mnogo su već uspeli učiniti inžinjeri i konstruktori na stvaranju savršenih konstrukcija raketa. Primenjujući najlakše i najčvršće konstruktivne materijale, stvarajući racionalne šeme komponovanja raketa, uspelo se postići da savremena raketa može primiti goriva koje za 5-6 puta premašuje težinu njene konstrukcije. Dalje težinsko usavršavanje rakete nailazi na sve veće teškoće, ponovo se mora vraćati na misao o povećanju brzine isticanja, o povećanju rezerve energije na jedinicu težine i naročito na jedinicu zapremine raketnog goriva.

Nuklearna ili hemijska energija

Pitanje korišćenja atomske energije za postizanje kosmičkih brzina i ostvarenje interplanetarnih letova postavljeno je još davno.

Sada smo, zahvaljujući uspesima nuklearne fizike, stvaranju brzo razvijajuće atomske energetike i atomske industrije, prišli bliže ka rešenju zadatka korišćenja atomske energije u raketnoj tehnici.

Ipak i danas mnogi naučnici smatraju da prvo kosmičko putovanje čovek neće ostvariti pomoću nuklearnog goriva, nego na običnom hemijskom gorivu. Druga, brojnija grupa naših savremenika smatra da su međuplanetarni letovi neostvarljivi pomoću običnog hemijskog goriva i da je potrebno ili primenjivati energetski jače gorivo, kakvo je nuklearno, ili tražiti neka nova otkrića ili obilazne puteve.

Jedan od takvih puteva je projekat kojim se računskim putem dokazuje mogućnost leta raketnog broda oko Meseca s povratkom na Zemlju bez utroška goriva. Raketa treba da dobije samo početnu brzinu od 11,2 kilometara u sekundi za savlađivanje zemljine teže. Sav dalji let ostvaruje se pogodnim iskorišćavanjem gravitacionih polja Meseca, Zemlje i Sunca.

Ipak, razmotrićemo prednosti koje u tom pogledu pruža atomski motor.

Prednosti atomskog raketnog motora

Kao prva prednost nuklearnog goriva za rakete obično se ističe njegova ogromna energetska koncentrisanost toplotna sposobnost.

Međutim, da bi raketa mogla da se ubrzano kreće napred, potrebna je ne samo energija, nego je neophodna i masa (tečnost ili gas) koja se odbacuje unazad i koja, izlazeći iz motora ogromnom brzinom, stvara reaktivnu silu potiska.

Ako u komori atomskog mlaznog motora dobijamo toplotu za sagorevanje gasova ne na račun hemijske reakcije sagorevanja nego na račun nuklearne reakcije, to još ne znači da smo obezbedili raketu sa potiskom. Energija postoji, ona se može dobiti veoma mnogo na račun cepanja jezgara nuklearnog goriva, ali u šta uložiti ovu energiju u obliku toplote kad nema dovoljne rezerve mase koja će se izbacivati za stvaranje sile potiska.

Prema tome, raketa sa atomskim motorom mora kao i obična raketa nositi sa sobom ogromne rezerve radnog tela, inertne mase, koja može pretvoriti toplotnu energiju nuklearnog reaktora u kinetičku energiju gustog gasnog mlaza.

Druga prednost nuklearnog goriva proizilazi iz prethodne i sastoji se u tome da se pomoću njega mogu principijelno dobiti po volji visoke temperature u komori raketnog motora. A temperatura je, kao što je poznato, jedan od osnovnih odlučujućih faktora za postizanje velikih brzina isticanja i specifičnog potiska raketnog motora.

Sl. 1 - Jedna od mogućih šema atomskog raketnog motora

Ali, i ovde nas vreba neuspeh. Pri temperaturama već postignutim u običnim mlaznim motorima na hemijsko gorivo (do 3.000°C i više) znatne teškoće predstavljaju izbor konstruktivnih materijala i obezbeđenje sigurnog hlađenja zidova komore za sagorevanje i mlaznika motora, jer kod i najmanje neispravnosti u sistemu hlađenja zidovi visokotemperaturnog mlaznog motora se tope i pregorevaju.

Nuklearna reakcija principijelno omogućuje stvaranje u komori mlaznog motora temperature 5.000-10.000°C i više. Pri ovome se mogu dobiti ogromne brzine isticanja, koje za nekoliko puta prevazilaze brzine isticanja savremenih mlaznih motora. Ali, ovom drugom prednošću nuklearnog goriva ne možemo se koristiti sve dok ne budu postojali konstruktivni materijali sposobni da rade na tako visokim temperaturama. Još više - konstruisanje nuklearnog reaktora za mlazni motor, na osnovu čak i najvatrostalnijih do danas poznatih materijala, samo teoretski omogućuje dovođenje temperature radnih gasova do temperatura već postignutih u običnim mlaznim motorima na hemijsko gorivo.

Da bi se ovo shvatilo, dovoljno je potsetiti se da za jednu te istu temperaturu zagrejanosti radnih gasova, temperatura konstruktivnih materijala atomskog motora mora biti ne samo veća od temperature konstruktivnih materijala običnog motora, nego i veća od temperature radnog gasa zagrevanog u motoru.

Do sada je izneto niz predloga za stvaranje visokotemperaturnih reaktora za mlazne motore. Kao primer takvog reaktora može da posluži reaktor atomskog mlaznog motora izveden na ovaj način.

Grafitni blok reaktora ima šupljikavu strukturu i uzdužne konusne kanale. Rastopljeni uran (reaktor je predviđen za radnu temperaturu od 3.150°C) zatvoren je na taj način u sitnim ćelijama grafita koje pri ovoj temperaturi još zadržavaju izvesnu čvrstoću. Kroz kanale šupljikave mase treba da pod pritiskom pumpi da istitiče vodonik koji, zagrevajući se u reaktoru, mora, po mišljenju autora projektanta isticati iz reaktivnog mlaznika sa brzinom od 7.300 metara u sekundi.

Nažalost, suviše je mnogo sumnji u mogućnost stvaranja takvog reaktora tim više u njegovu čvrstoću i sigurnost, jer je izložen dejstvu promenljivih temperatura i snažnih mlazeva vodonika.

Treća prednost nuklearnog goriva za raketne motore sastoji se u tome što za atomski mlazni motor nisu potrebne u svojstvu radne materije dve specijalno odabrane komponente: gorivo i oksidator, kao što je slučaj kod običnih mlaznih motora, nego samo jedna - inertna masa. U svojstvu inertne mase može biti uzeta, naprimer, čista destilisana voda, koja se u reaktoru može ne samo pretvoriti u pregrejanu paru, nego i razložiti na sastavne elemente: kiseonik i vodonik, koji će sa ogromnom brzinom isticati iz mlaznika motora i stvarati reaktivni potisak. Voda je najjeftinija inertna masa za atomsku raketu, ali ona nije najbolja s gledišta najveće brzine isticanja i visokog specifičnog potiska.

Inertnu masu treba odabrati s takvim proračunom da bi se dobila maksimalna brzina isticanja gasnog mlaza. Ova tako pogodna osobina svojstvena je hemijskim elementima sa malom molekularnom težinom, radi čega najveća brzina isticanja može biti dobijena sa atomskim vodonikom, a zatim sa običnim vodonikom. Mlaz vodonika, zagrejanog do temperature od 4.000 6.000°C, treba da da brzinu isticanja reda 8.000-10.000 metara u sekundi.

Veliki nedostatak vodonika je njegova mala specifična težina. Čak i u tečnom stanju 1 litar vodonika težak je svega 70 grama, tj. za preko 14 puta manje od litra vode. Ovaj nedostatak vodonika, uprkos drugih njegovih pozitivnih svojstava, bio je uzrok dugogodišnjeg naučnog spora između istaknutih naučnika. Tako je jedan od njih, suprotstavljajući se jednom drugom naučniku, više puta tvrdio da je vodonik besperspektivno gorivo za rakete zbog male gustine, zbog teškoća smeštaja u raketu u potrebnoj količini. Raketa koja koristi vodonik u svojstvu goriva dobija obično velike razmere, koje stvaraju veliki otpor pri kretanju u gustim slojevima atmosfere.

Navedeni nedostatak vodonika posebno zabrinjava naučnike koji se bave problemima astronautike. Zasada se izlaz iz situacije sastoji u primeni hemijskih spojeva vodonika koji u tečnom stanju imaju veliku specifičnu težinu i razlažući se na visokim temperaturama oslobađaju znatnu količinu atomskog vodonika. Materije koje se uporedo sa vodonikom mogu uzeti u obzir kao inertne mase za atomske mlazne motore sada su amonijak i obična voda.

Projekti atomskih kosmičkih raketa

Potvrdu za do sada navedene prednosti i nedostatke nuklearnog goriva nalazimo kod svih danas poznatih projekata atomskih kosmičkih raketa.

Maksimalno moguća granična brzina isticanja, koja se teoretski može dobiti, ravna je brzini svetlosti (300.000 kilometara u sekundi). Polazeći od ovoga predloženo je da se upoređuju već postignute brzine isticanja sa brzinom svetlosti, a da se podela raketa izvrši na gasne, atomske i fotonske.

Sada postoje samo gasne rakete (rakete koje u svojstvu izbacivane mase koriste gasove). One se dele na rakete sa čvrstim gorivom (barutne), rakete na tečno gorivo i termičke atomske rakete. Pomoću barutnih raketa i raketa na tečno gorivo već su postignute brzine isticanja koje nešto premašuju 0,00001 brzine svetlosti. Termičke atomske rakete, tj. rakete koje koriste toplotu nuklearnog reaktora, nalaze se sada u stadiju projektovanja i obećavaju da će tokom vremena dati brzine isticanja koje iznose od 0,0003 do 0,001 brzine svetlosti. Čisto atomske rakete, koje treba da stvaraju potisak neposrednim izbacivanjem produkata nuklearne reakcije i fotonske rakete, kod kojih se potisak stvara na račun izbijanja svetlosnih mlazeva, za sada su hipotetične.

U naše vreme od atomskih raketa praktično su ostvarljive samo termičke rakete koje iskorišćuju toplotnu energiju nuklearnog reaktora za stvaranje visoke temperature u radnoj komori mlaznog motora.

Još pre deset godina bio je objavljen prvi proračun rakete-satelita Zemlje sa atomskim mlaznim motorom. Autor projekta predložio je da se na jednostepenu raketu postavi atomski mlazni motor u cilju postizanja brzine kruženja od 8.270 metara u sekundi. U komori motora smestio bi se šupljikavi uransko-grafitni reaktor koji bi radio sa termalnim neutronima i bio težak 32 tone.

Prema proračunima, kroz ovaj reaktor trebalo bi da protiče 3.160 kilograma vodonika u sekundi (u poznatoj nemačkoj raketi »Fau-2« potrošnja goriva iznosi samo 125 kilograma u sekundi). Pretpostavlja se da potisak, prilikom zagrevanja vodonika u reaktoru do 3.150°C i brzine njegovog isticanja od 7.300 metara u sekundi, treba da iznosi 2.350 tona, što je skoro 100 puta više od potiska rakete »Fau-2« (25-26 tona). Da bi raketa sa takvim atomskim mlaznim motorom postigla brzine od 8.270 metara u sekundi, motor bi morao utrošiti 1.130 tona tečnog vodonika za 358 sekundi na aktivnom delu zaleta. Ukupna startna težina rakete iznosila bi 1.410 tona.

Navedeni projekat po svojim razmerama pogodniji je za naučnofantastični roman nego za realno konstruktivno ostvarenje. Međutim, sledeća varijanta proračuna približnija je stvarnosti: težina reaktora 14,8 tona, potrošnja vodonika 1.520 kilograma u sekundi, potisak motora 1.140 tona, startna težina rakete 685 tona.

Osnovne teškoće koje se susreću kod iskorišćavanja reaktora u komori mlaznog motora vezane su sa obezbeđenjem visokih temperatura i sigurnih uslova prenosa toplote. Poznato je da se uran topi na temperaturama od 1.130°C, a grafit se pretvara u paru pri temperaturama od oko 3.700°C. Radi toga neki autori predlažu drukčiji put iskorišćavanja nuklearne energije u reaktivnom motoru: nuklearno gorivo ubrizgavati u komoru raketnog motora u obliku rastvora ili suspenzije (smeše).

Kod takvog načina iskorišćavanja nuklearnog goriva pruža se mogućnost obezbeđenja i dovoljno visokih temperatura i dobrih uslova prenosa toplote u zavrtloženom mlazu gasa. Ali, dimenzije komore takvog motora morale bi biti nedopustivo velike. 

Kritično stanje gasne homogene smeše u kojoj bi se odigrala nuklearna reakcija, određuje se u ovom slučaju proizvodom pritiska u komori na njen radijus. Prema nekim proračunima za smešu vodonika sa praškastim nuklearnim gorivom pri temperaturi od 5.000°C i pritisku od 100 atmosfera, komora bi morala imati dijametar najmanje 240 metara. Niko ne namerava, razume se, praviti takve komore, ali se pojavljuje potpuno logična misao: zašto se ne bi kombinovao prvi i drugi princip, koristeći prednosti i smanjujući nedostatke jednog i drugog?

Postavimo u komoru motora ne homogeni nego šupljikavi reaktor izrađen od teško topivog karbida urana i grafita koji je okružen šupljikavim grafitnim reflektorom. Za stavljanje motora u pogon reaktor ostaje subkritičan i ne radi. Kod stavljanja u pogon pomoću regulatorskih šipki reaktivnost reaktora se povećava, a pri ubrizgavanju u komoru vodonika sa sitnom uranskom prašinom, sistem postaje kritičan i počinje oslobađati toplotu za zagrevanje vodonika u protočnoj visokotemperaturnoj zoni komore do 3.500-4.000°C. Pri ovome temperatura reflektora, pa čak i reaktor, u kojem se neizbežno takođe oslobađa znatna količina toplote, ostaje ispod 1.500-1.600°C zahvaljujući proticanju čistog tečnog vodonika koji odvodi toplotu od reaktora u visokotemperaturnu zonu.

Zidovi mlaznika izrađeni su od vatrostalnog šupljikavog materijala, zbog čega se za vreme rada oni »znoje«: vodonik koji prolazi kroz pore stvara gasnu presvlaku koja se stalno spira i ponovo narasta, obezbeđuje zidove mlaznika od uticaja usijanog gasnog mlaza.

Ako se uzme da je srednja temperatura zagrevanja vodonika u komori takvog motora 3.700°C dobićemo brzinu isticanja od 8.100 metara u sekundi. Kod potrošnje tečnog vodonika od 30 kilograma u sekundi (tj. za 4 puta manje nego potrošnja goriva kod »Fau-2«) može se dobiti potisak od 25 tona.

Nažalost i ovakva varijanta atomskog raketnog motora ima svoje nedostatke. Pre svega izvanredno je mala verovatnoća cepanja jezgara ubrizganog goriva za tako kratko vreme tokom koga se svako jezgro nalazi u zoni prstenastog reaktora. Najverovatnije je da će jezgra ubrizganog goriva proleteti kroz komoru motora cela i neoštećena, tj. ne pretrpevši cepanje. Da bi se dobila neka znatnija količina cepanja jezgara, neophodna je takva gustina neutronskog mlaza koju principijelno ne može stvoriti reaktor koji služi kao izvor neutrona i koji pri tome i sam sadrži nuklearno gorivo.

Izbor programa za postizanje kosmičkih brzina

Raketa u početku svog leta mora proći kroz guste slojeve atmosfere. Atmosferski vazduh stvara znatan otpor na čije se savlađivanje mora utrošiti veliki deo goriva. Razvijajući velike brzine u još relativno gustim slojevima atmosfere, raketa se može silno zagrejati trenjem o vazduh, što je takođe nepoželjan faktor.

Postavlja se pitanje: zašto ne bi na prvoj etapi leta kosmička raketa iskoristila atmosferski vazduh u svojstvu radne materije za atomske motore? Upravo ovde, na prvoj etapi penjanja i ubrzavanja rakete, potrebno je najpotpunije iskoristiti prednosti atomskog goriva.

Kao primer može se predložiti sledeći program lansiranja cele serije eksperimentalnih veštačkih zemljinih satelita.

Izrađuje se specijalni avion-nosač koji ima nosivost od 20-30 tona. U mogućnost izgradnje takvog aviona ne treba sumnjati. Konstruktori smatraju da je projektovanje i izgradnja takvog aviona, nosivosti do 100 tona, u sadašnje vreme tehnički rešiv zadatak.

Avion-nosač podiže dvostepenu raketu težine 20 tona na visinu od 20 kilometara i postiže sa njom brzinu od 600 metara u sekundi i to u pravcu obrtanja Zemlje, sa zapada na istok. Gustina i otpor vazduha na visini od 20 kilometara skoro su za 14 puta manji nego pri Zemlji, usled čega se opasnost od jakog zagrevanja rakete pri daljem ubrzanju bitno smanjuje.

Nakon izlaska aviona-nosača na granicu lansiranja satelita, operater uključuje motor prvog stepena rakete. Za ovaj stepen, u cilju obezbeđenja posade aviona- nosača od zračenja atomskog mlaznog motora, izabran je mlazni motor koji radi na tečni kiseonik i vodonik. Realno moguće karakteristike motora su: potisak 35 tona, potrošnja goriva 104 kilograma u sekundi, brzina isticanja 3.300 metara u sekundi.

Utrošivši za 43-44 sekunde 4.500 kilograma goriva, prvi stepen ubrzava raketu do brzine od 900 metara u sekundi, a na visini od 34 kilometra se odvaja, koči i vraća natrag na Zemlju pomoću padobrana. Kod odvajanja prvog stepena stupa u dejstvo osnovni motor satelita atomski raketni motor. Kod potiska motora od 28 tona, raketa za 280 sekundi zaključnog ubrzanja postiže brzinu kruženja od 7.840 metara u sekundi na visini od 294 kilometra.

Predloženi način lansiranja raketa-satelita ima niz prednosti.

Naučnicima danas već polazi za rukom da kontrolišu termonuklearne reakcije. Kada ove rekacije budu osvojene, one će davati za nekoliko puta više energije nego nuklearne reakcije cepanja jezgra. Kada se uspe ostvariti upravljana termonuklearna reakcija (spajanje jezgara lakih elemenata) u komori raketnog motora, tada ćemo dobiti takozvanu fotonsku raketu, čija će se sila potiska stvarati na račun snažnog svetlosnog isijavanja.

Neki smatraju da će fotonske rakete biti završna etapa u razvitku motora i za avijaciju i za međuplanetarna i kosmička putovanja. Fotonske rakete mogu obavljati letove sa brzinama koje se približuju brzini svetlosti.

Izvori energije za takve rakete mogu se već sada naći, ali se postavlja pitanje šta će biti sa materijalom zidova fotonskog motora, gde naći materijal koji je sposoban da izdrži tako visoke temperature i pritisak.

Za sada je teško odgovoriti na ova pitanja. Po svemu izgleda da će se takvi materijali morati stvarati veštačkim putem.

Osim toga, moraće se razraditi novi efektivni načini hlađenja i zaštite konstruktivnih materijala od uticaja supervisokih temperatura.

Mnoga pitanja, vezana sa problemom praktičnog ostvarenja međuplanetarnih letova, ostaju još neistražena, njihovo rešenje zahteva vremena, ogromne napore i materijalne troškove. Ali, mogućnosti nauke su bezgranične i ne treba sumnjati da će tokom vremena mnoga složena pitanja i problemi biti rešeni i da će čovek osvojiti međuplanetarne letove isto tako kao što je osvojio letove u atmosferi, u granicama Zemlje.

M. V.