NASA проектирует термоядерный двигатель для полета к Марсу

NASA проектирует термоядерный двигатель для полета к Марсу

«NASA строит термоядерный двигатель, при помощи которого можно долететь до Марса за месяц» — примерно такие заголовки встречаются в последние дни в русском сегменте интернета
Начнем с самого главного — проект двигателя, использующего термоядерную реакцию, действительно существует. Однако вовсе не в качестве направления, которое уже получило статус программы по строительству полноценного корабля, подобного заканчиваемому сейчас «Ориону»; речь идет скорее о перспективных исследованиях, которым все же далеко до выведенного на орбиту прототипа и тем более до марсианского аппарата.

Сама идея использования управляемой термоядерной реакции тоже может вызвать вопросы у многих читателей, так как ни одной работающей термоядерной электростанции пока нет. Человечество пытается подойти к решению этой проблемы с разных сторон, но пока что попытки запустить энергетически выгодную реакцию при помощи сверхмощных лазеров провалились, а для экспериментов в токамаке (тороидальная камера с магнитными катушками) нужно сначала достроить ITER- который, впрочем, будет еще не электростанцией, а скорее опытной установкой. Энергетически выгодного управляемого термояда пока нет, но это не означает того, что мы не умеем запускать термоядерные реакции.

Если требуется всего лишь заставить несколько ядер атомов слиться вместе — то эту задачу успешно решают устройства, которые помещаются на ладони и, сверх того, производятся серийно: импульсные источники нейтронов (мы писали, что один из них, созданный российскими учеными, работает на Марсе). В них на смесь дейтерия и трития направляется пучок электронов, который и сообщает частицам необходимую энергию — но и без пучка электронов вполне можно обойтись. Можно — и мы не шутим! — просто ударить термоядерное горючее как следует чем-нибудь твердым. Да, металлическая болванка подойдет, надо только обеспечить сильный удар и простые механические устройства для этого не годятся, молоток и наковальня не подойдут.

Именно инициация термоядерной реакции сильным сжатием металлическими пластинами (вернее — листочками фольги) лежит в основе идеи FDR — Fusion Driven Rocket, ракеты термоядерного движения. Разработчики концепции предполагают выстреливать несколькими пластинами по капсуле с термоядерным горючим и разгонять их до требуемых скоростей магнитным полем. Магнитному полю в новом двигателе вообще отводится центральная роль, оно не только разгоняет и направляет пластины-лайнеры (liner — такой термин употребляют разработчики FDR), но и разворачивает в сторону сопла образовавшуюся после термоядерной вспышки плазму.

Плазма, состоящая из продуктов реакции и испарившегося металла лайнеров, вылетит со скоростью около 30 км/с. Это в десять раз лучше химических ракетных двигателей и примерно столько же, сколько дает струя ионов из ионных ускорителей — вот только ионные ускорители дают очень небольшой поток ионов и потому их тяга едва заметна. Ионные двигатели применяют там, где экономия топлива важнее скорости, а для быстрого разгона они не годятся; FDR сочетает высокую тягу с эффективностью.

Эффективность в данном вопросе означает не просто меньшую стоимость. Чем быстрее вытекает струя (плазмы, ионов и чего угодно еще) из двигателя, тем меньше требуется топлива, причем затраты падают не линейно, а по экспоненте. Из уравнения Циолковского, которое описывает движение ракеты, следует полная непригодность обычных ракет для полноценных полетов по Солнечной системе: чтобы, например, вернуть назад «Вояджер» нужно отправить в космос с полсотни (!) полностью заправленных топливом ракет «Сатурн-V». Снятых, кстати, с производства из-за того, что такие мощные и тяжелые ракеты после сворачивания лунной программы оказались не нужны. Полет на орбиту Меркурия потребовал сложнейшего маневрирования и использования для ускорения аппарата MESSENGERгравитационных полей Земли и Венеры, а стоимость доставки чего-либо к Марсу такова, что дешевле купить равное по массе количество золота и еще на отделку брилльянтами хватит. Очень дорого слетать на Марс, еще дороже вернуться, слетать к Меркурию и обратно просто невозможно. Без более эффективных двигателей.

Вопросы о том, как может работать перспективный двигатель и зачем он нужен, на этом можно считать снятыми. Остается еще один — почему Роскосмос, Европа, Китай и японское космическое агентство JAXA не разрабатывают своих подобных систем? Правильный ответ таков — все они идут иными путями. Роскосмос совместно с Росатомом планирует построить ядерный реактор, который будет, в свою очередь, питать мощные ионные двигатели (впрочем, некоторые характеристики этого устройства уже вызвали сомнения). Японские инженеры уже испытали прототипсолнечного паруса (не столь быстрого, но в теории им можно и межзвездный зонд разогнать до 10% скорости света), а европейские ученые и конструкторы продолжают работу над ионными двигателями. Про китайскую космическую программу известно немного, однако и у них есть своя программа по разработке новых двигателей, которая вообще отличается тем, что предполагает создание тяги за счет СВЧ-излучения, а не выброса какого-либо вещества! К этой концепции отношение экспертов самое неоднозначное, так как репутацию «безинерционных» двигателей очень сильно подпортили разного рода псевдонаучные проекты вроде двигателя Дина 1950-х годов или «инерциоида», который помещали на борту спутника «Юбилейный».

Даже если отбросить сомнительные или сводящиеся к доработке уже имеющихся технологий работы, то выяснится, что проект FDR не одинок. И это правильно, так как для разных задач нужны разные двигатели. Зонд, летящий к астероидам, может не торопиться и ему скорее подойдут экономные и недорогие ионные установки. Пилотируемый полет на Марс, чреватый облучением экипажа, лучше осуществить побыстрее и там нужна большая мощность в сочетании с эффективностью; межзвездным же аппаратам желательно придать максимальную скорость, но вовсе не обязательно здесь и сейчас — неспешно разгоняемый лучами нашей звезды солнечный парус окажется идеальным решением. Кроме того, мы ни слова не написали про орион-приводы и магнитодинамический прямоточный двигатель на межзвездной плазме — не в последнюю очередь потому, что пока они все же встречаются в основном у фантастов.

Рекомендуемые похожие статьи:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *