Физики Троицкого института Росатома разработали лабораторный прототип ракетного двигателя нового поколения, который будет работать по принципу магнитоплазменного ускорителя газа. На таком двигателе космические корабли смогут не только быстрее долетать до других планет, но и достигать самых дальних уголков Солнечной системы и даже выходить за ее пределы за разумное время. Проект возглавляет первый заместитель генерального директора по науке Троицкого института Алексей Воронов.
От традиционных ракетных двигателей новую силовую установку отличает совершенно иной способ создания тяги. Она не сжигает топливо, а разгоняет заряженные частицы – электроны и протоны, с помощью электромагнитного поля. Таким образом рабочее тело может разогнаться до скорости 100 километров в секунду.
В основе конструкции лежат два электрода, между которыми движутся заряженные частицы. Когда на электроды подается высокое напряжение, возникает ток и создает магнитное поле – оно выталкивает частицы из двигателя. Плазма начинает двигаться в нужном направлении и создает реактивную тягу.
Двигатель будет работать на водороде – самом распространенном элементе во Вселенной. Легкие атомы водорода быстро покидают установку, что позволяет развивать высокую скорость даже при небольшом расходе вещества. Пополнять запасы ресурсов в космосе будет несложно – водород можно найти повсюду.
Младший научный сотрудник института Егор Бирюлин отмечает важное техническое преимущество изобретения: плазму не нужно сильно нагревать. Поэтому детали и компоненты не перегреваются, а электрическая энергия почти полностью превращается в движение. Это делает двигатель гораздо эффективнее аналогов.
Тяга составит 6 ньютонов – больше, чем у любого другого подобного проекта в разработке. С такими характеристиками межпланетному кораблю понадобится время, чтобы набрать скорость и затормозить. Весь полет будет состоять из плавного ускорения и последующего торможения.
Энергию для работы двигателя будет вырабатывать бортовой ядерный реактор. Мощность силовой установки достигнет 300 киловатт. Научный руководитель проекта Константин Гуторов подтверждает, что двигатель сможет проработать более 2400 часов – этого хватит, чтобы долететь до Марса и вернуться.
Для испытаний ученые собрали специальный экспериментальный стенд с камерой диаметром 4 метра и длиной 14 метров (на фото ниже). В ней воссоздаются условия космического пространства. Стенд оснастили современными высокочувствительными датчиками, системами вакуумной откачки и теплоотвода – они помогут всесторонне проверить работу установки в разных режимах.
Согласно плану, в космос корабли по-прежнему будут выводить обычные ракеты-носители на химическом топливе. Плазменные двигатели включатся только после выхода на опорную орбиту. Их также можно будет использовать на космических буксирах – специальных кораблях, которые станут перевозить грузы между орбитами планет Солнечной системы.
До Марса можно будет долететь за один-два месяца – точное время зависит от размеров корабля и массы груза. Когда экспедиции станут короче, космонавты будут меньше подвергаться воздействию космической радиации. Это сделает межпланетные путешествия намного безопаснее. Летный образец установки появится к 2030 году. Работать она будет в импульсно-периодическом режиме.
Существующие плазменные двигатели обычно разгоняют частицы до 10 километров в секунду, лучшие образцы – до 30-50 километров в секунду. Когда удастся достичь скорости 100 километров в секунду и использовать в качестве топлива водород, мировая космическая отрасль выйдет на совершенно новый уровень развития.
В традиционных установках вещество вырывается со скоростью около 4,5 километров в секунду – быстрее разогнать его не позволяют условия горения топлива. Когда частицы разгоняет электромагнитное поле, это ограничение исчезает. Теперь можно достичь гораздо более высоких скоростей, и дальние космические полеты станут реальностью.