НАСА тества най-мощния в света електроплазмен ракетен двигател за полети до Марс и отвъд

Всичко ново е добре забравено старо. НАСА откриха в архивите си чертежи на електроплазмен ракетен двигател, работещ с метална плазма от 60-те години на миналия век и създадоха най-мощния електроракетен двигател в света. Прототипът на инсталацията премина първите си изпитания с огън през февруари.

Според агенцията, някой ден той ще помогне за транспортирането на хора до Марс и на автоматични станции из цялата Слънчева система.

Както се уточнява в прессъобщение на агенцията, Лабораторията за реактивно движение на НАСА (JPL) успешно проведе първото изпитание на новия мощен магнитоплазмодинамичен двигател (МПД, MPD), предназначен за бъдещи пилотирани мисии до Марс. Запалването на двигателя, което се състоя на 24 февруари беше първото от десетилетия пускане на такова устройство в САЩ, при което бяха достигнати рекордни нива на мощност. Работещият на пари от метален литий прототип на двигателя достигна пикова мощност от 120 kW и многократно надмина възможностите на всеки електрически ракетен двигател, с който агенцията разполага в момента.

Тестваният двигател представлява литиево-магнитоплазмодинамичен (МПД) ускорител – технологична концепция, която се проучва от 60-те години на миналия век, но досега не е била прилагана на практика. За разлика от обичайните електрически ракетни двигатели, които използват слънчева енергия за ускоряване на работната среда (обикновено неутрален газ като ксенон), МПД двигателят използва за електромагнитно ускоряване на плазмата свръхвисоки електрически токове, взаимодействащи с магнитно поле. Тези полета ускоряват плазмата от изпарен метал (литий или други елементи). Йоните на металите могат да придобият много по-голяма енергия, отколкото йоните на газовете, осигурявайки значително по-голяма тяга.

По време на теста на прототипа на двигателя в специализираната вакуумна инсталация JPL CoMeT волфрамовият електрод на двигателя се нагря до температура над 2800°C. По същество всички предварителни изпитания на МПД двигателите имат за цел да докажат, че компонентите на инсталацията просто няма да се стопят. В космически условия в ракетата те ще трябва да работят непрекъснато десетки хиляди часове, което ще изисква внимателен подбор на материали за производството на подобни двигатели.

Електроплазмените ракетни двигатели осигуряват впечатляващо предимство по отношение на ефективността в сравнение с традиционните ракети на химическо гориво, като изразходват до 90% по-малко гориво за преодоляване на същите разстояния.

По време на изпитанията с прототип на ЕПД-двигател беше постигнато ниво на мощност, над 25 пъти по-високо от показателите на двигателите на космическия апарат Psyche на НАСА. За пилотирана мисия до Марс, която според оценките ще изисква от двигателите мощност от 2 до 4 MW, няколко МПД двигателя би трябвало да работят надеждно повече от 23 000 часа.

Въпреки че първоначалният тест премина успешно, остават ключови проблеми с мащабирането на технологията, по-специално необходимостта да се докаже, че компонентите могат да издържат на екстремни работни температури в продължение на хиляди часове непрекъсната работа. Екипът от разработчици, ръководен от JPL в сътрудничество с Принстънския университет и Изследователския център „Глен“ на НАСА се стреми в крайна сметка да достигне мощност от 500 KW до 1 MW на един двигател.

Разбира се, слънчевите батерии няма да могат да осигурят на двигателите такава мощност, каквато например е при апарата Psyche. За работата на МПД двигателите ще се наложи да се създаде ядрена силова установка. Също така трябва да се отбележи, че използването на литий като гориво е съмнително решение. Това е изключително дефицитен елемент не само на Земята, но и във Вселената като цяло. За един полет до Марс може да са необходими 100 и повече тона литий, затова е трудно да си представим сценарий, при който НАСА ще може да се сдобие с такъв ресурс.