24 февраля в Лаборатории реактивного движения (JPL) в Южной Калифорнии NASA успешно провела испытания нового электромагнитного двигателя, работающего на парах лития. Двигатель достиг мощности 120 киловатт — это рекорд для США в области электрических двигательных установок. Успех теста приближает будущие пилотируемые миссии на Марс, обеспечивая более быстрые и эффективные полёты в глубоком космосе.
В отличие от традиционных химических ракет, новые двигатели используют электричество для ионизации газа и создания плазмы, генерируя тягу не мощным взрывом, а постоянным, долгим ускорением. Это позволяет снизить расход топлива до 90 процентов. Существует несколько типов электрических двигательных установок: ионные двигатели, которые ускоряют ионы электростатическим полем и имеют высокий удельный импульс, но низкую тягу; холловские двигатели, использующие кольцевой дрейф электронов; и VASIMR, нагревающий плазму радиочастотным полем. Разработанный в JPL литиевый магнитно-плазменный двигатель (MPD) использует мощный электрический разряд в газе и магнитные поля для разгона плазмы, генерируя плотную плазму с высокой силой тяги в импульсном или непрерывном режиме. Это делает его более подходящим для маневров, чем двигатели с микротягой, используемые для длительных перелетов.
Во время испытаний в вакуумной камере длиной 8 метров двигатель прошёл пять циклов зажигания. Вольфрамовый электрод в центре камеры раскалился до 5000 градусов по Фаренгейту (около 2800 °C), испуская яркое белое свечение. Инженерам пришлось преодолеть экстремальные тепловые нагрузки, чтобы обеспечить стабильную работу установки — ключевое условие для долгих межпланетных путешествий.
Почему же в качестве рабочего тела выбран именно литий? Он имеет низкий потенциал ионизации и легко превращается в плазму при сравнительно низких температурах (около 1600 °C), что экономит энергию. Для сравнения, ксенон, обычно используемый в ионных двигателях, хотя и тяжелый, требует высокого напряжения для ионизации и очень дорог. Литий также эффективно защищает электроды от эрозии за счет осаждения тонкой пленки, а его расплавленное состояние позволяет компактно хранить запас рабочего тела без больших газовых баллонов.
Конечная цель разработчиков — увеличить мощность каждого двигателя до 500–1000 киловатт, а для пилотируемого полёта на Марс потребуется до 4 мегаватт суммарной мощности. Это означает, что несколько таких двигателей должны будут надёжно работать более 23 000 часов. Наиболее перспективным источником энергии для них считается ядерная установка. В таком гибриде ядерный реактор вырабатывает тепло, которое преобразуется в электричество, питая двигатель и обеспечивая мегаваттную мощность для длительных миссий. Это позволит существенно уменьшить стартовую массу корабля и взять больше полезного груза. Однако с этим связаны серьезные риски: радиационное загрязнение, требующее активной защиты и отвода тепла, опасность аварии при запуске, сложность управления реактором в невесомости, а также необходимость в сверхпроводящих магнитах для мощных MPD-двигателей.
В течение последних двух с половиной лет проект развивался совместными усилиями JPL, Принстонского университета и Исследовательского центра Гленна. Финансирование идёт через программу NASA по ядерной электрической тяге. Учёные называют успешные 120-киловаттные испытания «огромным моментом» и «началом серьёзной работы над масштабированием технологии», которая однажды доставит американского астронавта на Красную планету.
Источник: NASA just tested a powerful new thruster that could send humans to Mars