5.1.1.РАКЕТНЫЙ ТУПИК. МД должны обеспечивать pазгон КК сначала до первой космической скорости, а потом - до крейсерской скорости полета (в перспективе - обеспечить перемещение КК со сверхсветовой скоростью). В настоящее время в качестве МД как правило применяются жидкостные и твердотопливные термохимические ракетные двигатели (РД). До стадии стендовых испытаний доведена разработка ядерных РД (нагрев рабочего тела осуществляется в атомном реакторе, разгон – в обычном сопле), на КА все чаще используются электрические РД (разгон рабочего тела осуществляется электрическим или электромагнитным полем).
     Однако, использование любых ракетных двигателей, отбрасывающих запасенную на борту массу, ограничивает максимально-достижимую скорость полёта, как в связи с конечностью соотношения стартовой и конечной масс, так и по жаропрочности конструкционных материалов самих двигателей. Использование РД "малой тяги" (электрических) ведет к длительному времени разгона в зонах неблагоприятных внешних условий (радиационные пояса).
     5.1.2.«РЕАКТИВНЫЙ» ОБХОД. Для применения в космическом пространстве рассматриваются в числе прочего и реактивные (прямоточные) двигатели, забирающие рабочее тело из окружающего пространства. Поскольку плотность вещества в космическом пространстве чрезвычайно низка (10-17 кг/м³, [19]), площадь взаимодействия КК с веществом должна быть огромной (десятки и сотни тысяч км²), что можно обеспечить только посредством физических (по современным представлениям - электромагнитных) полей. При этом рассматриваются как разгон окружающего вещества электромагнитным полем корабля [20], так и сбор окружающего вещества для использования его в термоядерной ЭДУ. Характерной особенностью конструкции таких ДУ являются один или несколько кольцевых токопроводов или торообразных соленоидов, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению полета (вектору тяги), и создающих электромагнитное поле требуемой конфигурации. Размеры этих агрегатов должны быть значительны, и такие кольцевые структуры будут определять внешний вид КК с такими двигателями.
     Прямоточные, особенно - термоядерные двигатели имеют, в принципе, только релятивистский энергетический порог скорости. Однако технические трудности, вставшие при создании гиперзвуковых прямоточных ВРД, позволяют предположить не меньшие трудности при создании космических прямоточных ТЯРД, причем далеко не факт, чтобы эти проблемы (создание и устойчивая работа магнитного массозаборника эффективным радиусом порядка 10000 км, работа прямоточного термоядерного реактора на собранном веществе и т.д.) вообще имели решение. Наконец, для начала работы "прямоточника" КК нужно ещё разогнать до соответствующей скорости.
     Еще одним способом применения внешних ресурсов может стать использование “физического вакуума”. Так, в качестве «рабочего тела» двигателя, предложенного тверским изобретателем М.В. Пищулиным [21], рассмотрены виртуальные пары «частица-античастица», возникающие из вакуума под действием, например, сверхсильного (10⁴ – 10⁶ Тл) электромагнитного поля. Сверхсильное ЭМП автор изобретения предполагает создавать при помощи эффекта “лазерной ЭДС” [22], а разгон появившихся частиц обеспечивает пандемоторная сила. Характерной особенностью “двигателя Пищулина” будет торообразный соленоид, достаточно быстро (скорость вращения определяется живучестью материала соленоида под действием лазера, инициирующего “лазерную ЭДС” для получения ЭМП требуемой напряженности) вращающийся вокруг своей оси. Плоскость этого вращения не обязательно перпендикулярна вектору тяги, но жестко связана с ним для каждой конкретной конструкции.
     Единственным явным недостатком «двигателя Пищулина» представляется аннигиляция образующихся античастиц, которая может как повредить конструкцию аппарата, так и вызвать радиационное поражение окружающих предметов.
     5.1.3.ОТТАЛКИВАЯСЬ… НЕИЗВЕСТНО ОТ ЧЕГО. Однако наибольший интерес представляют двигатели, при работе которых не происходит отбрасывания какой-либо массы, по крайней мере – видимого. Сила тяги таких ДУ создается либо в результате взаимодействия с внешними физическим полями (электромагнитным, гравитационным), либо в результате использования градиентов тех или иных свойств внешней среды (эффект серфинга), либо, наконец, в результате локального «нарушения» закона сохранения импульса и 3-го закона Ньютона. Слово «нарушение» здесь именно в кавычках, так как в канонической формулировке не сказано, что действие и противодействие должны быть строго одновременны.
     Совершенство как маршевых, так и подъемных двигателей характеризуется удельной массой - отношение массы ДУ к величине тяги, М^уд_ду (кг/Н), и является второй качественной характеристикой двигателя. Т.е.

f(P) = PМ^уд_ду.

     Гравилеты. Наибольшей популярностью изобретателей пользуется гравитационное взаимодействие, как наиболее универсальное, присущее всем материальным телам уже в силу их существования. Правда, собственно механика гравитационного взаимодействия до сих пор остается непонятой. Еще одним серьезным недостатком гравитационных движителей является крайне низкая напряженность гравитационного поля. Это делает гравитационные двигатели достаточно эффективными только вблизи крупных гравитационных масс (планет). Уже на межпланетных трассах в Солнечной системе гравитационные ДУ можно рассматривать как двигатели малой тяги. Тем не менее, гравитационные ДУ продолжают привлекать внимание изобретателей и ученых.
     Наибольшее распространение имеет представление о гравитации как о проявлении кривизны 4-мерного пространственно-временного континуума, описанное Общей теорией относительности (ОТО). Соответственно, для использования гравитационного взаимодействия для движения КА необходимо тем или иным образом изменить эту самую кривизну.
     Кроме того, популярностью пользуются корпускулярные теории гравитации, согласно которым взаимодействие происходит благодаря тому, что притягивающиеся тела обмениваются некими частицами – квантами гравитации, гравитонами (аналогично фотонам – квантам электромагнитного взаимодействия). Следует отметить, что есть и гипотезы, согласно которым такие частицы обеспечивают не притяжение, а приталкивание тел. Соответственно, для использования гравитационного взаимодействия для полета КА согласно этим теориям необходимо найти способ регулировать потоки гравитонов.
     Наконец, существуют гипотезы, согласно которым гравитационное взаимодействие само по себе не существует, а является лишь одним из проявлений электромагнитного взаимодействия (не путать с теорией «Великого объединения»!).
     Все три группы теорий гравитации послужили основой для изобретения двигателей ЛА, использующих гравитационное взаимодействие. Так, следствием корпускулярной концепции гравитации должна стать возможность экранировки этого вида взаимодействия.
     Одним из следствий ОТО является аномальное поведение вращающегося тела (маховика) во внешнем гравитационном поле: при расположении оси вращения по местной вертикали в зависимости от направления вращения вес маховика может либо увеличиваться, либо уменьшаться до отрицательных величин (т.е. появляется подъемная сила). По расчетам (данные [2]), для полного собственного обезвешивания на поверхности Земли маховик должен быть раскручен до 365000 об/мин. Японскими физиками Х. Хаясака и С. Такеучи было зафиксировано обезвешивание порядка 7*10^-8 % веса маховика при скоростях до 12000 об/мин. С другой стороны, отечественный физик В.Ю. Кашуба рассчитал, что кольцо массой 10 т и радиусом 15 м полностью обезвесится при линейной скорости вращения 7,91 км/с (что соответствует 5032,91 об/мин)… Представить себе твердое тело, способное выдержать возникающие при этом центробежные силы, достаточно сложно.
     Тем не менее, проекты антигравитационных НКК, основанных на этом эффекте, множатся. Помимо твердотельных маховиков предлагается использовать замкнутые потоки (вихри) жидкости, газа, электронов (француз М. Паже (M. Pages) утверждал, что в его проекте вращающийся поток электронов силой в 3000 А создает подъёмную силу более 1 т) или ионов (Ж. Жарро предлагал закручивать внутри корпуса ЛА поток ионов водорода, при вращении которого со скоростью 280000 об/мин в кольце сечением 1 дм² и диаметром 10 м подъемная сила должна составить 30 тонн (патент N 2159158)), эфира (В.А. Ацюковский), электронные облака атомов (О.А. Чембровский).
     Последним был предложен (правильнее будет сказать – усиленно продвигался) еще один способ создания подъемной силы во внешнем гравитационном поле. Чембровский исходил из того, что гравитационные поля планет являются центральными. Пусть система из двух грузов одинаковой массы и жесткой связи между ними (массой связи пренебрегаем) расположена перпендикулярно вектору силы тяжести и вращается вокруг местной вертикали. Очевидно, вектор веса системы складывается из двух векторов веса грузов, которые непараллельны друг другу. В ходе вращения на грузы действуют силы инерции, которые, однако, направлены не по местной горизонтали, а под некоторым углом к ней. Соответственно, эти силы можно разложить на два вектора, один из которых направлен по местной горизонтали, а второй – по местной вертикали, в сторону, противоположную вектору силы тяжести. Таким образом, вес системы при ее вращении уменьшается, а величина подъемной силы зависит от скорости вращения и соотношения размеров системы и расстояния до центра гравитационного поля.
     В этом и заключается главная проблема: разрывающая систему сила инерции будет во столько же раз больше получаемой подъемной силы, во сколько раз радиус Земли (или радиус-вектор НКК Чембровского) больше радиуса вращения системы. Т.е. при радиусе системы 1 м и массе груза 1 кг (напомню, мы не учитываем массу связи грузов, привода и т.д.), для полного обезвешивания сила инерции составит не менее 63 МН (6,3 тыс. т). В качестве маховиков Олег Александрович предполагал использовать соответствующим образом - параллельно или, по терминологии автора, когерентно – ориентированные электронные облака атомов вещества НКК (Описание работ по электрогравитации, например: Г. Баугон, патент США N 1859764 от 24.05.1932, магнитогравилет, Г.Л. Ворсингтон, патент США N 1859643 от 24.05.1932, магнитогравилет, Симон (Simon), патент США N 2004352 от 11.06.1935, электрогравитация, Карловиц (Karlovitz), патент США N 2210918 от 13.08.1940, электрогравитация, Роберт Адамс совместно с Г. Аспденом, заявка в Великобритании N 2282708 А, Беннет (Bennet), патенты N 2231877 от 18.02.1941 и N 2279586 от 14.04.1942 электромагнитный гравилет, Слайтер (Slayter), патент США N 2305500 от 15.12.1942, электрогравитация; Стрингфильд (Stringfield), патент США N 2588427 от 11.03.1952, электрогравитация, Г. Джонсон, патент США N 4151431 от 24.04.1979, магнитогравилет, Марио Пацишинский, патент США N 4904926 от 27.02.1990).
     Однако в силу упомянутой крайне низкой напряженности гравитационного поля в межпланетном, а тем более – в межзвездном пространстве все проекты гравитационных ДУ следует относить скорее не к маршевым, а к подъёмным двигателям (см. далее).
     К гравитационным относил свой двигатель и упоминавшийся выше сотрудник НПО «Исток» Спартак Михайлович Поляков (1931-2003) [16, 17]. Он, правда, считал свой двигатель, по сути, реактивным, в качестве «рабочего тела» которого выступает генерируемое установкой гравитационное поле. Генерация гравитационного поля в установках Полякова и сделанных в развитие его идей в НИИ КС происходила при неустановившемся вихревом движении потока жидкости (ртуть) по замкнутому контуру или неустановившемся повороте (прецессии) твердотельных гироскопов.
     Сам С.М. Поляков главной трудностью при совершенствовании своего двигателя считал изготовление и эксплуатацию высокооборотных твердотельных гироскопов.
     С опорой на Вселенную. Более перспективным для полетов вдали от центров гравитации представляется проект Ю.А. Баурова [23]. Согласно развиваемой Бауровым теории [24], наблюдаемые трехмерное физическое пространство и квантомеханическое поведение элеметарных частиц являются результатом взаимодействия одномерных дискретных магнитных потоков. Такие потоки характеризуются постоянным космологическим векторным потенциалом, модуль которого в данной точке пространства можно уменьшить воздействием электромагнитного поля. На помещённое в область с уменьшенным потенциалом пробное тело будет действовать сила, направление которой определяется формой магнитного поля и положением тела в нем, а величина – напряженностью магнитного поля, массой пробного тела и взаимной ориентацией вектора космологического векторного потенциала (в окрестностях Земли он ориентирован по линии, соединяющей Солнце с центром галактики Млечный путь) и магнитного потока, формирующего магнитное поле в данной точке.
     В проведённых в начале 1990-х гг. в ЦНИИМаш, ИАЭ и ИОФАН экспериментах [24, 25], в частности, установка массой 191 кг (включающая криогенный соленоид массой 15 кг и внутренним диаметром 90 мм, создающий ЭМП индукцией до 9 Т, размещённый в криостате КГ-300, и пробный вольфрамовый груз массой 2274 г) показала тягу около 4 г (0,039 Н). Эта величина намного уступают существующим двигателям малой тяги (электроракетным, например), однако уже сейчас ДУ, названная разработчиками МАГД (МАГнитный Двигатель) имеют перед ними два преимущества: не требуют запасов рабочего тела и не имеют ограничений по ресурсу. С другой стороны, МАГД характеризуется очень большой величиной удельной массы, и перспективы её снижения из-за необходимости наличия соленоида, пробного груза довольно большой массы и желательности криогенной системы.
     Работа электромагнитного полевого двигателя основана на том простом факте, что скорость света конечна. Рассмотрим два параллельных проводника с током, механически связанных между собой. Если пропустить через один из них импульс тока, то со вторым он провзаимодействует через время, равное L/C, где L – расстояние между проводниками, C – скорость света, и только в том случае, если В ЭТОТ МОМЕНТ во втором проводнике будет ток. Соответственно, воздействие от второго проводника дойдёт до первого еще через L/C. Однако, если в этот момент в первом проводнике тока НЕ БУДЕТ, то не возникнет и уравновешивающего взаимодействия, и система получит импульс, а если в первом проводнике будет ток, противоположный первоначальному, то этот импульс удвоится…
     Идея ЭМПД высказывалась неоднократно, и наиболее полно описана в статье Д. Мотовилова «Сердце звездолёта» [26]. Одним из авторов настоящей работы в [27] было предложено выполнить проводники в виде соосных соленоидов (в предельном случае – кольцевых проводников), а так же показано, что тяга такого двигателя будет возрастать по мере уменьшения расстояния между кольцевыми проводниками по их оси и увеличения количества кольцевых проводников на единицу площади поверхности, нормальной к вектору тяги. Отсюда была сформулирована идея двигателя – ЭРП (электромагнитной рабочей поверхности).
     Достоинствами ЭРП являются:
     предельная компактность двигателя;
     известная свобода компоновки (с учётом нижеприводимых рекомендаций);
     возможность наращивания тяги пропорционально увеличению площади поверхности КА;
     предполагаемая возможность влияния ЭРП на состояние пространственно-временного континуума, что позволит, в частности, создать абсолютную защиту от известных на сегодня видов проникающей радиации.
     По данным, полученным В. Чернобровом в 1988-1994 гг., ЭРП присущи следующие особенности:
     - при неплоской ЭРП сила ее тяги возрастает в направлении выступов, выпуклостей (аналогия с электростатическим полем);
     - в первом приближении воздействие от ЭРП на окружающие предметы аналогично воздействию сверхвысокочастотной (у границы оптического диапазона) ФАР большой мощности;
     - расчётные размеры единичных элементов ЭРП требуют применения микроэлектронных технологий для крупногабаритных деталей;
     - расчётные характеристики электромагнитного поля требуют применения композиционных материалов, возможность выпуска которых в промышленных масштабах еще надо доказать;
     - установка ЭРП на КК возможна двумя способами - как работающей обшивки, покрывающей весь корабль, или как нескольких "двигателей".
     Согласно расчетам, выполненным Чернобровом в 1990-1992 гг., величина М^уд_ду для ЭРП будет менее, чем 0,0095 кг/Н, а K > 0,1082 Н/Вт [В.А. Чернобров «Перспективная космическая транспортная система», дипломный проект, МАИ им. С. Орджоникидзе, М., 1992 г.].
     Таким обpазом, в качестве МД должны pассматpиваться ПОЛЕВЫЕ двигатели, использующие взаимодействие с физическими полями и полевое - с веществом. В настоящее вpемя еще невозможно окончательно сфоpмиpовать облик таких двигателей, однако можно утвеpждать, что констpуктивно они будут относиться к одной из нижепеpечисленных гpупп.
     PАБОЧАЯ ПОВЕPХНОСТЬ (PП). Вся повеpхность КК используется для генеpации тех или иных физических полей (в случае электромагнитных – «электромагнитная рабочая поверхность», ЭРП). Скоpее всего, PП будет пpедставлять собой "фазиpованную антенную pешетку" (ФАP), набpанную из более или менее миниатюpизованных генеpатоpов используемого поля. Фоpма PП опpеделяется, во-первых, тpебованиями создания максимальной тяги в нужном напpавлении, и во-вторых - возможностями упpавления движением КА пpи pазличных возмущающих воздействиях. Детальный же облик однозначно опpеделяется свойствами используемых полей. Особую сложность пpи использовании двигателя-PП будет пpедставлять pазмещение повеpхностей pадиатоpов системы обеспечения теплового режима (СОТP).
     НАПPАВЛЕННЫЕ ГЕНЕPАТОPЫ ПОЛЯ (НГП). В качестве двигателей используются агpегаты, генеpиpующие используемые физические поля в тpебуемом напpавлении. НГП тpебуют оpганизации хотя бы одного на каждый агpегат вывода ("сопла") на внешнюю повеpхность КК. В этом случае тpебования к их pазмещению аналогичны тем, котоpые пpедъявляются к подъемным pакетным (или воздушно-реактивным) двигателям. Однако, пpи этом необходимо учитывать взаимовлияние НГП, напpимеp возможность их использования в качестве элементов ФАP.
     ВСЕНАПРАВЛЕННЫЕ ГЕНЕPАТОPЫ ПОЛЯ (ВГП) могут pазмещаться в любом месте КК. Это возможно только в том случае, если используемое поле не оказывает отpицательного воздействия на элементы констpукции, бортовые системы и экипаж КК. Фоpма коpабля пpи этом опpеделяется теpмодинамическими, аэpодинамическими, пpочностными и т.д. тpебованиями.

Характеристики некоторых неракетных двигателей