Практически неограниченные энергетические возможности ядерных реакций в принципе позволяют создать тяговую систему с очень высокой экономичностью. Правда, тяга этой системы будет весьма ограниченной.
Тяговые системы можно разделить на два больших класса. К первому классу относятся тяговые системы с большой тягой, но ограниченной экономичностью. Они включают химические реактивные и ядерные двигатели. В системах второго класса двигатели обладают высокой экономичностью, но ограниченной тягой. К ним относятся так называемые электрические реактивные двигатели (ЭРД). Это, конечно, не электродвигатели АИР, которые широко используются в быту.
Основные отличия этих двух классов тяговых систем сводятся к следующему.
Система малой тяги в настоящее время видится только с использованием ядерной энергии. В этих системах предусматривается установка специальных промежуточных устройств, в которых ядерная энергия превращается в электрическую, а уж последняя используется для ускорения рабочего тела. Тяговые системы малой тяги имеют вес одного порядка с рабочим телом.
Простым аналогом ионного двигателя является электроннолучевая трубка в телевизоре, у которой снят светящийся экран. Если такую трубку поднять в космос (ввиду отсутствия атмосферы снятый экран не помешает работе трубки), то вылетающий из трубки с колоссальной скоростью поток электронов (электроны — рабочее тело) создаст небольшую тягу, а сама трубка превратится в самый настоящий электрический реактивный двигатель. Правда, тяга «телевизионного двигателя» не превысит десятимиллиардной доли грамма.
Ионные двигатели вряд ли когда-нибудь разовьют ускорения, сравнимые с ЖРД, поскольку требуют колоссальных мощностей. Например, для ионного двигателя, развивающего тягу 100 г, необходима электростанция более мощная, чем Братская ГЭС! Нереальность такой попытки, по крайней мере в настоящее время, очевидна. В этом и заключается основная трудность практического использования ионных двигателей. Найти мощные и в то же время легкие источники электроэнергии — вот открытое поле деятельности для энтузиастов космических путешествий.
Тем не менее из-за высокого коэффициента полезного действия ионным двигателям сейчас уделяется достаточно внимания. В июле 1964 г. в США было проведено первое летное испытание ионного двигателя «Серг-I», который успешно действовал около получаса.
В плазменном ЭРД в качестве рабочего тела используется плазма. В настоящее время слово «плазма» широко применяется физиками, которые под этим термином понимают газ, состоящий в основном из смеси ионов и электронов и являющийся отличным проводником электричества. В состоянии плазмы, например, находится газ в светящейся лампе дневного света.
Плазменные двигатели — это своеобразные летающие ускорители. Процессы, протекающие в ускоряющей системе плазменного двигателя, достаточно сложны, и их популярное описание можно найти в специальной литературе.
Плазменные двигатели развивают очень малые тяги, но могут непрерывно работать в течение длительного времени, измеряемого месяцами и даже годами. Одним из важных преимуществ таких двигателей является возможность относительно простой (по сравнению с ЖРД) регулировки величины тяги.
Однако основной недостаток их, как и для ионных двигателей,—необходимость в громоздких, тяжелых источниках электроэнергии.
Маломощные плазменные двигатели уже вышли из стен лабораторий.
О двигателях малой тяги сейчас пишут много. На страницах книг и журналов можно встретить оригинальные предложения по конструкции этих двигателей, их технической реализации, исследования по их надежности и даже стоимости. Однако необходимость использования малых тяг в конечном счете определят баллистики, поскольку только они могут дать ответ на вопрос — а что такие двигатели могут дать для маневрирования космических аппаратов и выполнения полета. Вопрос этот далеко не простой, и мы постараемся ответить на него позже.