От Земята до Марс и обратно за 1-2 месеца: Руски физици създадоха плазмения двигател на бъдещето

Физици от Троицкия институт на „Росатом“ разработиха лабораторен прототип на ракетен двигател от ново поколение, който ще работи на принципа на магнитоплазмен газов ускорител. С такъв двигател космическите кораби ще могат не само да летят по-бързо до други планети, но и да достигат до най-отдалечените кътчета на Слънчевата система и дори да излизат извън нейните предели за разумно време. Ръководител на проекта е Алексей Воронов, първи заместник-генерален директор по науката в Троицкия институт.

Новата задвижваща система се отличава от традиционните ракетни двигатели с напълно различен начин на създаване на тяга. Тя не изгаря гориво, а ускорява заредени частици (електрони и протони) с помощта на електромагнитно поле. По този начин работното тяло може да се ускори до скорост от невероятните 100 километра в секунда.

Конструкцията се основава на два електрода, между които се движат заредени частици. Когато към електродите се подаде високо напрежение, възниква ток и се създава магнитно поле – то изтласква частиците от двигателя. Плазмата започва да се движи в правилната посока и създава реактивно задвижване.

Двигателят ще работи с водород – най-разпространеният елемент във Вселената.

Леките водородни атоми бързо напускат устройството, което позволява да се развиват високи скорости дори с малко количество материя. Няма да е трудно да се попълват ресурсите в космоса – водородът може да се намери навсякъде. Егор Бириулин, младши изследовател в Института, отбелязва важно техническо предимство на изобретението:

„Плазмата не е необходимо да се нагрява силно, следователно частите и компонентите не се прегряват, а електрическата енергия почти изцяло се превръща в движение. Това прави двигателя много по-ефективен от неговите аналози.“

Тягата ще бъде 6 нютона – повече от всеки друг подобен проект в процес на разработка. При тази производителност на космическия кораб ще му е необходимо време, за да набере скорост и да намали скоростта си. Целият полет ще се състои от плавно ускорение, последвано от забавяне.

Енергията за двигателя ще се генерира от бордови ядрен реактор. Мощността на задвижващата система ще достигне 300 киловата. Научният ръководител на проекта Константин Гуторов потвърждава, че двигателят ще може да работи повече от 2400 часа – достатъчно за полет до Марс и връщане до Земята.

За тестовете учените сглобяват специален експериментален стенд с камера с диаметър 4 метра и дължина 14 метра (на снимката по-долу). Тя пресъздава условията в космическото пространство. Стендът е оборудван със съвременни високочувствителни сензори, вакуумни помпи и системи за разсейване на топлината – те ще помогнат за цялостна проверка на работата на инсталацията в различни режими.

Според плана космическият кораб, оборудван с този двигател все още ще бъде изстрелван в космоса с конвенционални ракети носители с химическо гориво. Плазмените двигатели ще бъдат включени едва след достигане на референтната орбита. Те могат да се използват и на космическите влекачи – специални кораби, които ще транспортират товари между орбитите на планетите от Слънчевата система.

Ще бъде възможно да се лети до Марс за един или два месеца – точното време зависи от размера на кораба и масата на товара.

Когато експедициите станат по-кратки, астронавтите ще бъдат по-малко изложени на космическа радиация. Това ще направи космическите пътувания много по-безопасни. Летателен модел на инсталацията ще бъде наличен до 2030 година. Тя ще работи в импулсно-периодичен режим.

Съществуващите плазмени двигатели обикновено ускоряват частици до 10 километра в секунда, а най-добрите образци – до 30-50 километра в секунда. Когато стане възможно да се достигне скорост от 100 километра в секунда и да се използва водород като гориво, световната космическа индустрия ще достигне напълно ново ниво на развитие.

В традиционните инсталации веществото се изстрелва със скорост около 4,5 километра в секунда – условията на изгаряне на горивото не позволяват то да се ускори по-бързо. Когато частиците се ускоряват от електромагнитно поле, това ограничение отпада. Сега могат да се постигнат много по-високи скорости и пътуването в космоса на дълги разстояния ще стане реалност.