лучше всё-таки использовать что-то более цивилизованное.
Причём, оказывается, что, при одном и том же уровне техники, внешние ресурсы могут иметь много большую концентрацию энергии, чем автономно хранимые: для лучших видов (известного мне) ракетного топлива предел 5–6 км/с, а для подаваемого извне светового луча — 300 000… Но мы пока рассмотрим более дешевые варианты, с удельным импульсом (по отношению к всему используемому веществу) 20–30 км/с; хотя по отношению к массе топлива, расходуемого самой ракетой, эта цифра может быть намного больше — вплоть до бесконечности, если расход собственной массы равен 0.
Самый простой способ придать телу (допустим, ракете) импульс — передать ему импульс от другого тела, у которого он уже есть.
Но здесь возникает сразу три вопроса: 1) где взять это второе тело, а точнее, как его разогнать до нужной скорости, и откуда брать энергию на это; 2) как, собственно попасть (притом что расстояние может быть весьма немалым); 3) и, наконец, как обменяться импульсом, когда попали (есть ещё и 4, и 5… но об этом чуть позже).
Мы сразу начнём со второго вопроса, игнорируя первый ("кто-нибудь потом придумает, как это сделать"). Собственно, способы разогнать микро снаряд до 20 км/с существуют, и вопрос только в достаточной эффективности пушки, чтобы обеспечить требуемую скорострельность при минимальной массе, поскольку всё это придётся размещать как минимум в стратосфере, а лучше на орбите, ещё лучше сразу на геостационарной, или даже на Луне.
Будем оптимистично считать, что у нас уже есть пушка, которая способна выпускать снаряды весом в 1 грамм со скоростью не меньше 20 км/с. Для очень дальних полётов потребуются скорости побольше, но мы покажем альтернативные способы их достижения, вообще без пушки, так что 20 км/с нам пока хватит, остановимся на этом, (хотя 30 км/с всё же лучше). Для достижения ближайших планет солнечной системы ракете надо придать дополнительную скорость порядка 15 км/с, так что использовать носители кинетической энергии с очень большими скоростями нет необходимости.
При этом, какой бы ни была скорость носителей кинетической энергии и импульса, и для любых способов обмена этой энергией и импульсом с другими телами, всё многообразие возможных вариантов сводится к двум основным альтернативам:
1) для передачи импульса ракете используются только сами внешние тела, являющиеся носителями этого импульса, а внутренние ресурсы (топливо) вообще не расходуются;
2) или внешние тела (точнее, в данном случае это может быть внешний источник энергии в любой форме, например излучение) передают ракете главным образом энергию, а дополнительный импульс почти полностью получается за счёт использования внутреннего запаса массы; при этом топливо расходуется, но благодаря дополнительной внешней энергии удельный импульс может быть очень большим.
Обе эти возможности могут быть эффективны в определённых условиях, или комбинироваться определённым образом, так что надо рассмотреть оба варианта.
Но, прежде чем рассматривать способы передачи импульса и энергии между первичным носителем и целевым объектом, всё же вернёмся к техническому вопросу — как, собственно, попасть, этим первичным носителем энергии, в целевое устройство, которое может быть очень небольшим (сопло двигателя, или ещё меньшая по размеру мишень).
Я полагаю, что если будет пушка, способная выпускать микро снаряды с нужной скоростью, то попасть можно куда угодно, и на любом расстоянии, с точностью до сантиметров или даже меньше, если это будет необходимо. Для этого, правда, потребуется заранее развернуть вдоль предполагаемой трассы разгона корабля цепочку устройств для точной корректировки траекторий микроснарядов.
Собственно, именно возможность точной корректировки траектории в промежуточных точках определяет мой выбор в качестве носителя энергии именно материальных тел, а не излучения или потока частиц.
Излучение (например, лазерное) проще получить; оно на порядки быстрее достигает цели на любом расстоянии, и нет необходимости в каких-либо баллистических расчётах траектории; но им практически невозможно управлять в промежуточных точках, и на больших расстояниях пучок любых лучей или частиц неизбежно рассеится, что ставит довольно близкий предел для дальности передачи энергии. При размере фокусирующего зеркала лазерного источника в 10 метров, нельзя получить остроту направленности луча более 107, что на расстоянии 1 млн км даст пятно диаметром 100 м, и это реальный предел того, на какое расстояние можно передать энергию небольшому движущемуся аппарату с фокусирующим зеркалом диаметром в десятки метров. Для манёвров в околоземном пространстве, до расстояния примерно 100 тысяч километров, лазерный луч является идеальным посредником для передачи энергии; но вне этих пределов, он не пригоден, и нет возможности улучшить эти параметры хотя бы на порядок.
Конечно, если нам надо что-то разогнать для запуска в межпланетное пространство, то это вполне можно сделать в пределах 100.000 км от Земли, и лазерный луч отлично справится с задачей передачи энергии для этой цели. Но за пределами этого небольшого расстояния от лазерной станции мы ничего передать уже не сможем. Слишком короткая палка окажется в наших руках, и если для одной задачи — вывода на траекторию межпланетного запуска — она подходит хорошо, то для маневрирования вдали от источника излучения, посадок на планеты, и тем более для полётов за пределы Солнечной системы, у нас по прежнему не будет ничего, кроме автономных запасов топлива.
Материальный снаряд, возможно, сложнее разогнать, но зато он обладает одним полезным свойством: он не рассеивается в пространстве, даже на бесконечном расстоянии. Если его траекторию контролировать, то он попадёт в цель целиком, а не на 1 %, например.
Пусть у нас есть пушка, способная выпустить снаряд весом в 1 грамм со скоростью 20 км/с, причём исходная погрешность направления полёта составляет 10-5 радиана. Это значит, что на расстоянии 100 км снаряды могут отклониться от траектории до 1 м. (я полагаю, что для электромагнитной пушки можно получить намного более высокую точность).
Будем пока рассматривать движение вне сильных гравитационных полей, то есть по прямой. В гравитационном поле Земли мало что изменится, за исключением того, что корректирующие станции надо будет располагать не по прямой, а вдоль определённой кривой, и появится зависимость погрешности траектории также от продольной погрешности скорости.
На расстоянии 100 км от пушки разместим первую измерительно-корректирующую станцию. Звучит очень основательно, но на самом деле это должно быть устройство общим весом не более 1 кг, так как таких станций потребуется много, их придётся доставлять на высокие орбиты, и это дорого.
Корректирующая станция может представлять собой тонкий лёгкий обруч диаметром 2 м, на котором размещены 3 или 4 лазерных дальномера, и один или несколько более мощных эффекторных лазеров.
Здесь есть разные варианты: лучше всего, если одни и те же лазеры могут использоваться и как измерительные, и как эффекторные. Ещё лучше, если это вообще
