Космический супермотор

Американцы планируют дополнить ионный двигатель ядерным реактором



Для NASA разрабатывается ионный двигатель, который позволит
космическому аппарату с астронавтами долететь до Марса за 39 дней. С
помощью нынешних технологий этот путь занял бы приблизительно шесть
месяцев.

Традиционные реактивные двигатели ракет создают тягу за счет
экзотермической химической реакции между компонентами топлива. Львиная
его доля уходит на преодоление земного притяжения и вывода аппарата на
орбиту.

В отличие от них, плазменные ракетные двигатели (ПРД) используют в
качестве создающего тягу рабочего тела заряженную плазму, то есть
полностью ионизированный газ.

Стоит сказать, что первые такие двигатели были изобретены в СССР, еще в
конце 1971 г. первый аппарат, оснащенный ПРД «Эол-1», успешно был
испытан в космосе.
Из мощных двигателей были разработаны:
в ОКБ "Факел" - 25-кВт СПД-290 (для космического буксира "Геркулес");
в ИАЭ 5-МВт ускоритель на водороде;
в 1980 году совместными усилиями ИАЭ, Харьковского физико-технического
института, ТРИНИТИ и Института физики Белоруссии был также построена
исполинский 10-ГВт ускоритель с магнитным аналогом сопла Лаваля с
центральным телом - т.н. «коаксиал» (судя по всему, что-то похожее
используется в VASIMR). Подробнее в этой статье.

Между тем у нового двигателя, названного VASIMR (Variable Specific
Impulse Magnetoplasma Rocket), намного больше «физической
привлекательности», чем у предшественников. Он использует
радиочастотный генератор, подобный передатчикам, применяемым для
передачи радиопрограмм, для того чтобы нагревать заряженные частицы или
плазму. Двигатель разрабатывается американской компанией Ad Astra
Rocket, которую в 2005 году основал плазменный физик, а в прошлом —
астронавт шаттла Франклин Чанг-Диаз.


VASIMR работает в чем-то как паровой двигатель, которому на первой
стадии необходимо нагреть воду до парообразного состояния.
Радиочастотный генератор нагревает атомы аргона до тех пор, пока
электроны не «закипят», создав плазму. На практике этот процесс был
впервые осуществлен 2 июля в штаб-квартире Ad Astra Rocket в Уэбстере,
Техас. Плазма могла бы дать толчок ракете самостоятельно, однако он был
бы не очень эффективным. Поэтому на втором этапе для большей
эффективности ионы нагреваются приблизительно до миллиона градусов —
температуры солнечного ядра. Сильные магнитные поля направляют плазму в
сторону, противоположную движению ракеты, толкая ее таким образом
вперед.



Благодаря радиочастотному генератору VASIMR может развивать мощность, в
100 раз превосходящую мощность других двигателей, которые ускоряют
плазму, посылая ее через ряд металлических сеток с различными
напряжениями. В таких двигателях ионы, сталкивающиеся с сеткой,
разрушают ее, ограничивая мощность и жизненный цикл ракеты. Генератор
же радиочастоты, используемый в VASIMR, обходит эту проблему, никогда
не входя в контакт с ионами. «Это самый мощный плазменный двигатель,
насколько мы знаем», — гордится Джаред Сквайр, директор по
исследованиям Ad Astra Rocket.



Ученые компании уже начали тестировать установку, которая нагревает
плазму, на прошлой неделе. В своем распоряжении они имеют рабочую
модель двигателя мощностью 50 кВт. Но в ходе последующих испытаний они
надеются довести ее до 200 кВт, чего в условиях космоса будет
достаточно для приведения в движение двух тонн груза. Ad Astra Rocket и
NASA уже наметили испытание двигателя на орбите, задумав приделать его
к МКС в 2012 или 2013 году.

Для обеспечения работы VASIMR с текущим уровнем мощности было бы
достаточно только солнечной энергии. По словам Джареда Сквайра,
оснащенный им космический аппарат стал бы хорошим околоземным буксиром,
транспортирующим спутники к различным орбитам. Кроме того, он также
смог бы достаточно быстро доставлять грузы и к Луне. Однако чтобы
достичь Марса за 39 дней, двигатель нуждается в 1000 раз большей
мощности, чем может обеспечить солнечная энергия. Для этого VASIMR
должен быть дополнен бортовым ядерным реактором. Ранние версии
реакторной технологии использовались в 60—80-х годах Советским Союзом,
однако затем применяться перестали, так что потребуется время для того,
чтобы довести их до ума.

Однако возможностью такого стремительного путешествия на Марс недавно
хвалился новый руководитель NASA Чарльз Болден. Именно он решил
финансировать разработку VASIMR, которая в период схода с арены шаттлов
приобретает для США по-настоящему стратегическое значение.