Учёные из Троицка сообщили о разработке прототипа ракетного двигателя, в котором используется инновационный магнитоплазменный ускоритель. Он будет разгонять заряженные частицы до скорости 100 километров в секунду, что в 20 раз больше той, что дают химические двигатели.
Это существенно сократит длительность межпланетных перелётов. Дорога до Марса займёт не девять месяцев, как было бы на обычном двигателе, а всего два.
СССР и здесь был первым
В плазменных ракетных двигателях плазма ускоряется вдоль электродов за счёт взаимодействия протекающего через неё тока с магнитным полем. На электроды подают высокое напряжение, ток создаёт магнитное поле, которое выталкивает заряженные частицы из двигателя. Так возникает тяга.
В качестве рабочего тела в плазменных ракетных двигателях обычно используют ионизированный инертный газ — ксенон или криптон. Именно он превращается в плазму под действием напряжения.
Кстати, впервые в истории электроракетный двигатель в космосе был применен на советской межпланетной станции «Зонд-2». Ее запустили к Марсу 30 ноября 1964 года. На зонде стояла экспериментальная система ориентации на основе плазменных двигателей, и она отработала идеально.
Удивительный Марс. 10 снимков красной планеты
В мае 2015 года НАСА показало фотографию места, куда высадилась экспедиция Ares 3 из фильма «Марсианин». Это участок Ацидалийской равнины, расположенной между вулканическими регионами Тарсис и Аравией севернее Долины Маринера. © NASA
Каньон Северный в северной полярной шапке Марса. © NASA
Ямы Нили являются одной из самых красочных областей Марса. © NASA
Ветер — одна из наиболее активных сил, формирующих поверхность Марса в сегодняшнем климате. © NASA
Такие паукообразные узоры образуются на поверхности Марса каждый раз, когда в холодный регион приходит весна. © NASA
Гора Шарп внутри кратера Гейла является основным назначением миссии марсохода Curiosity. © NASA
Темные полосы на склонах марсианских кратеров образуются за счет сезонных потоков воды. © NASA
Замерзшие овраги на северных равнинах Марса. © NASA
Свежий кратер. © NASA
Селфи марсохода Curiosity. © NASA
Удивительный Марс. 10 снимков красной планеты
В мае 2015 года НАСА показало фотографию места, куда высадилась экспедиция Ares 3 из фильма «Марсианин». Это участок Ацидалийской равнины, расположенной между вулканическими регионами Тарсис и Аравией севернее Долины Маринера. © NASA
Каньон Северный в северной полярной шапке Марса. © NASA
Ямы Нили являются одной из самых красочных областей Марса. © NASA
Ветер — одна из наиболее активных сил, формирующих поверхность Марса в сегодняшнем климате. © NASA
Такие паукообразные узоры образуются на поверхности Марса каждый раз, когда в холодный регион приходит весна. © NASA
Гора Шарп внутри кратера Гейла является основным назначением миссии марсохода Curiosity. © NASA
Темные полосы на склонах марсианских кратеров образуются за счет сезонных потоков воды. © NASA
Замерзшие овраги на северных равнинах Марса. © NASA
Свежий кратер. © NASA
Селфи марсохода Curiosity. © NASA
Главное новшество — водород
О новой разработке российских учёных сообщило издание «Страна Росатом». Лабораторный прототип установки создан в ведомственном институте ТРИНИТИ, который находится в Троицке. Сейчас строится большой экспериментальный стенд. Он будет включать в себя 150-кубометровую вакуумную камеру, имитирующую условия космического пространства. А летный образец агрегата, согласно плану, появится в 2030 году.
Как говорят ученые, им пришлось долго экспериментировать с электродами, чтобы повысить их ресурс. В результате была найдена оптимальная геометрия. Но главное новшество — водород в качестве рабочего тела. Его преимущество, по их словам, в том, что атомы этого газа легкие и обладают высокой скоростью истечения. Кроме того, это самый распространенный элемент во Вселенной, что при межпланетных перелетах позволит пополнять его запасы. А источником электроэнергии для плазменного двигателя станет ядерная установка.
«Зачастую то, что создают ученые, опережает время, — рассказал изданию „Страна Росатом“ первый заместитель генерального директора ТРИНИТИ по науке Алексей Воронов. — Может оказаться, что для двигателя такой мощности пока нет задачи в космосе. Но полагаю, подобная миссия — вопрос ближайшего будущего. Человечество грезит пилотируемой экспедицией на Марс. Проблема в том, что на химическом двигателе полет займет 500 дней. У электрического предел скорости выше, космический аппарат можно разогнать до существенно большей скорости и долететь дней за шестьдесят».
В поисках новой жизни: Марс «глазами» Curiosity и других аппаратов
На фото показан участок поверхности Марса площадью 260 см2. Фото сделано марсоходом «Куриосити» в марте прошлого года. © NASA
Одна из первых фотографий «Куриосити» после посадки на Марс. Август 2012 года. © NASA
Кратер Гейла. Фотография «Куриосити», август 2012 года. © NASA
Кадр навигационной камеры «Куриосити». © NASA
Залив Йеллоунайф, кадр высокочувствительной камеры «Куриосити». © NASA
Марсианский закат, 19 мая 2005 года. Снимок сделан из кратера Гусева камерой аппарата «Спирит». © NASA
Марсианский грунт на месте посадки аппарата «Феникс», май 2008 года. © NASA
Холм Хасбанда внутри кратера Гусева на Марсе. Назван в честь погибшего командира шаттла «Колумбия» Рика Хасбанда. Снимок камеры аппарата «Спирит». © NASA
Ударный кратер Виктория. Его диаметр составляет около 800 метров. Снимок сделан марсоходом «Оппортьюнити». © NASA
Иней на поверхности Марса. Снимок станции «Викинг-2», май 1979 года. © NASA
В поисках новой жизни: Марс «глазами» Curiosity и других аппаратов
На фото показан участок поверхности Марса площадью 260 см2. Фото сделано марсоходом «Куриосити» в марте прошлого года. © NASA
Одна из первых фотографий «Куриосити» после посадки на Марс. Август 2012 года. © NASA
Кратер Гейла. Фотография «Куриосити», август 2012 года. © NASA
Кадр навигационной камеры «Куриосити». © NASA
Залив Йеллоунайф, кадр высокочувствительной камеры «Куриосити». © NASA
Марсианский закат, 19 мая 2005 года. Снимок сделан из кратера Гусева камерой аппарата «Спирит». © NASA
Марсианский грунт на месте посадки аппарата «Феникс», май 2008 года. © NASA
Холм Хасбанда внутри кратера Гусева на Марсе. Назван в честь погибшего командира шаттла «Колумбия» Рика Хасбанда. Снимок камеры аппарата «Спирит». © NASA
Ударный кратер Виктория. Его диаметр составляет около 800 метров. Снимок сделан марсоходом «Оппортьюнити». © NASA
Иней на поверхности Марса. Снимок станции «Викинг-2», май 1979 года. © NASA
«Возможно, мы не знаем какого-то секрета?»
Преимущества плазменных двигателей перед традиционными химическими были ясны конструкторам еще на заре космической эры. Они позволяют уменьшить массу аппарата, значительно продлить срок его жизни, увеличить полезную нагрузку. Главный их недостаток — слабая тяга.
Неудивительно, что Советский Союз, первым использовавший плазменные двигатели в космосе, продолжал это делать и дальше. А в 1990-е они стали доступны на международном рынке, где произвели фурор. В наше время их устанавливают в том числе на спутниках Starlink, обеспечивающих высокоскоростной доступ в интернет. Как уже отмечено, эти двигатели позволяют корректировать орбиты космических аппаратов.
«В электроракетных двигателях на спутниках Илона Маска используется криптон, а российские двигатели работают на ксеноне, хотя большой разницы нет, — отметил в беседе с aif.ru ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Натан Эйсмонт. — Когда-то Советский Союз был впереди всех, опережая другие космические державы в производстве электроракетных двигателей примерно на 30 лет. Поэтому спутниковую группировку, подобную Starlink, мы тоже могли бы создать раньше американцев, если бы вовремя почувствовали эту перспективу.
В России и сейчас серийно выпускают электроракетные двигатели и разрабатывают новые. Традиционно в плазменных (или ионных) ракетных двигателях применяется ксенон или тот же криптон, как на аппаратах Илона Маска. Этот газ легко ионизировать, а затем разогнать электрическим полем до высокой скорости, вплоть до 70 километров в секунду в последних версиях.
А вот водород ионизировать так легко не получается. Поэтому не совсем понятно существо физических процессов, которые позволят добиться тех характеристик, что заявлены разработчиками нового двигателя. Возможно, мы не знаем какого-то секрета, который им известен и который они используют».
