Пока что космические корабли с Земли не «бороздят просторы Вселенной», а лишь перемещаются в пункт назначения, обычно не очень далекий. Да и это происходит редковато. Скоро же всё может измениться, и крылатая фраза из советской комедии станет явью.
Современные космические двигатели в основном являются химическими, в которых механическая энергия получается из химической энергии сгорающего топлива. У них есть свои недостатки, из которых основной — быстрый расход топлива и связанные с ним ограничения времени работы механизма.
Решая эту проблему, ученые создали альтернативу — ионный электрический двигатель. В нем реактивная тяга создается за счет разгона ионизированного газа в электрическом поле. Он меньше по габаритам, работает дольше, но обладает меньшей тягой. Увеличить ее можно за счет использования нескольких двигателей, но где взять достаточное электропитание?
Тут на помощь и пришла концепция компактного энергоэффективного источника питания в виде ядерного реактора. Он должен вырабатывать тепловую энергию, которая, преобразуясь в электрическую, запитает ионные электрические реактивные двигатели.
Хотя есть и вариант индивидуального ядерного механизма, когда через активную зону реактора пропускают жидкий водород. Он нагревается до нескольких тысяч кельвинов и вырывается раскаленным из сопел, создавая тягу.
Сердце космического будущего
Для этой уникальной технологии требуется «сердце» в виде ускорителя плазмы. Его удалось создать специалистам АО «Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» (входит в госкорпорацию «Росатом»). Ускоритель должен стать частью прототипа плазменного ракетного двигателя для межпланетных миссий.
Сегодня Россия находится в лидерах по разработке плазменных двигателей, которые, как было сказано, являются следующим этапом развития ионных двигателей. Получается, российские инженеры еще и качественно увеличивают их тяговые характеристики, давая шанс перейти из класса маневровых двигателей в маршевые. Хотя замысел еще амбициознее: разработанный ускоритель плазмы выведет Россию «на новый уровень покорения космоса», говорится в пресс-релизе «Росатома»:
«Создание плазменного ракетного двигателя мощностью в несколько сотен киловатт в будущем позволит обеспечить нашей стране достижение технологического лидерства в этой сфере и выйти на новый уровень покорения космоса, осуществлять межпланетные перелеты, а также регулярный обмен грузами между Землей и Луной».
Электричка до Луны
Троицкие специалисты добились в своей разработке скорости импульса в 100 км/с.
«Изготовлен ускоритель плазмы с внешним магнитным полем для прототипа плазменного ракетного двигателя с повышенными параметрами тяги (не менее 6 Н) и удельного импульса (не менее 100 км/с). Средняя мощность такого двигателя, работающего в импульсно-периодическом режиме, может достигать 300 кВт», — сообщает пресс-служба научного дивизиона госкорпорации.
А ведь 100 км/с — это 360 000 км/час. Учитывая, что расстояние между Землей и Луной — 384 400 км, то путешествие до спутника займет чуть больше часа. Хотя на самом деле немного больше. Особенность ядерного двигателя — медленный разгон, значительно медленнее, чем у химических аналогов.
Зато это компенсируется букетом преимуществ: кораблю с таким «сердцем» не придется возить большой и тяжелый запас топлива. Он будет быстрее на длинных расстояниях, а также сможет затормозить на орбите планеты, развернуться и полететь обратно без пополнения топливных баков. Аппарату с химическим двигателем для обратного пути необходимо либо приземлиться, либо произвести долгую и сложную орбитальную дозаправку.
Новый повелитель неба
Судя по заявленной мощности, несколько таких плазменных двигателей будут установлены на российском буксире «Зевс». Транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) на базе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса уже несколько лет разрабатывается государственным научным центром «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша» госкорпорации «Роскосмос» в рамках программы «Нуклон». ТЭМ станет основой космического буксира «Зевс» — единственного и неповторимого.
По плану буксир должен собираться и испытываться на орбите Земли высотой около 800 км. Садиться на планету ему вообще не нужно. Он, как гигантский челнок, будет курсировать между космическими пунктами назначения, перевозя пассажиров, грузы, модули и целые орбитальные станции.
«Ближе к 2030-м годам планируется запуск этого корабля с полетом в дальнейшем на орбиту Юпитера. На космодроме Восточный соответствующая инфраструктура сейчас формируется», — сообщил генеральный директор центра Келдыша Владимир Кошлаков на выставке-форуме «Россия».
Так что новый уровень космических технологий из Троицка — не формальность ради науки, а проект, имеющий вполне практическую реализацию.
