Всё о космических путешествиях за 60 минут

В ближайшие годы ядерные электроракетные установки могут обрести популярность благодаря новому виду двигателя с электрическим приводом под названием Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket («Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом»), или VASIMR. Удельный импульс, как вы помните из второй главы, – это величина тяги, которую двигатель генерирует на единицу массы сгоревшего топлива. И чем она выше, тем эффективнее двигатель. По техническим причинам удельный импульс измеряется в секундах. Главный двигатель «Спейс шаттла» (в котором сжигается жидкий кислород и жидкий водород) обладает удельным импульсом величиной около 450 секунд, которого он достигает, разгоняя свои выхлопные газы до скорости свыше 4000 м/с. Ионный двигатель может значительно улучшить эту характеристику, развивая удельный импульс примерно до 3000 секунд при скорости выхлопа до 50 000 м/с. Но у VASIMR есть потенциал побить и этот рекорд. Его удельный импульс может равняться 12 000 секунд, а скорость выхлопа – ошеломительным 120 000 м/с.

Обычный ионный двигатель генерирует ионы, выбивая электроны из нейтральных атомов, делая их заряженными, и поэтому они могут ускоряться электрическим полем. VASIMR использует радиоволны для преобразования холодного газа в плазму – ионизированный газ, который в итоге достигает температуры более 1 000 000°С. Мощные электромагниты, изготовленные из сверхпроводящего (с нулевым электрическим сопротивлением) материала для максимизации их эффективности, затем направляют плазму в выхлопную струю, то есть действуют как своего рода магнитное сопло ракеты.

Первоначально VASIMR был разработан для создания высокотемпературной плазмы при термоядерном синтезе – методе получения ядерной энергии путем соединения более легких атомов для ее выделения. Слияние атомов – это источник энергии, который имеет место в горячем ядре Солнца и других звезд, но для его запуска требуются высокие температуры. И именно в этом заключается принцип действия VASIMR. В настоящее время в Техасе, на базе Ad Astra Rocket Company, которой руководит бывший астронавт NASA Франклин Чанг-Диас, технология адаптируется для космических полетов. В 2008 году компания успешно провела наземные испытания 200-киловаттного двигателя VASIMR, а в 2015 году получила грант от NASA в размере 9 миллионов долларов на разработку плана возможных летных испытаний в течение трех лет.

Вы сможете добраться до Марса на аппарате с химическим двигателем, но это сложно. Лететь дальше, чем на Луну, гораздо лучше с ядерным двигателем.

Билл Эмрих (2019)

Как и ионные двигатели, VASIMR – это технология для движения непосредственно в космосе, которая будет использоваться после того, как на космический аппарат перестанет влиять гравитация Земли. Но тогда как ионные двигатели имеют фиксированный удельный импульс, у VASIMR он регулируется, что позволяет ему «переключать передачи», регулируя тягу и эффективность, как того требуют условия. В глубоком космосе лучше всего работает высокоэффективная конфигурация с малой тягой – когда аппарат постепенно набирает скорость, непрерывно накапливая Av, пока двигатель работает в течение длительного времени (недель или месяцев); в то время как вблизи планеты, где гравитационное поле сильнее, больше подойдет конфигурация с малым удельным импульсом и с высоким тяговым усилием – похожая на ту, что обеспечивает химический двигатель.

Двигатель VASIMR, вероятно, найдет применение в рамках межпланетных полетов в дальний космос, а также при доставке грузов на Луну и в обратном направлении. Его даже предлагали использовать для отклонения астероидов, которые могут представлять угрозу для Земли – путем присоединения двигателя VASIMR к астероиду, чтобы постепенно перевести последний на новую траекторию.

Верхом на солнечном свете

Другая концепция двигателя с малой тягой и долгим временем работы, вызывающая интерес, заключается в использовании солнечного паруса. Подобно парусному кораблю, несомому ветром через океан, космический аппарат с солнечным парусом, гигантским листом отражающего материала, будет лететь через Солнечную систему под действием света, исходящего от звезды.