NASA успешно испытало плазменный двигатель для будущих полётов на Марс
NASA успешно испытало новый плазменный электрический двигатель на литиевом топливе, предназначенный для будущих пилотируемых миссий к Марсу. Во время первых огневых испытаний прототип достиг мощности 120 киловатт — такого уровня ранее не удавалось добиться для подобных систем. Этот показатель значительно превышает мощность электрических двигателей, которые сегодня используются на космических аппаратах агентства.
Электрические двигательные установки считаются особенно перспективными для дальних космических полётов благодаря значительно меньшему расходу топлива по сравнению с традиционными химическими ракетными системами. По оценкам NASA, такие установки способны потреблять до 90 процентов меньше рабочего вещества. Вместо коротких и мощных импульсов они создают постоянное, хотя и сравнительно небольшое ускорение, позволяя космическим аппаратам постепенно набирать огромные скорости на протяжении длительных межпланетных перелётов.
В NASA считают, что сочетание электрической и ядерной тяги может существенно сократить стартовую массу будущих космических кораблей и обеспечить доставку тяжёлых полезных нагрузок, необходимых для продолжительных пилотируемых экспедиций к Марсу.
Подобные электрические двигатели уже применяются в миссии NASA Psyche. Космический аппарат, запущенный в октябре 2023 года для изучения металлического астероида Психея, оснащён самыми мощными электрическими двигателями агентства на данный момент. По расчётам NASA, в перспективе такая система способна разгонять аппарат до скорости около 200 тысяч километров в час.
Новая технология относится к классу магнитоплазмодинамических двигателей, или MPD-двигателей, которые также называют ускорителями Лоренца. Такие системы используют электромагнитную энергию, возникающую при взаимодействии электрического тока и магнитного поля, для разгона плазмы и создания тяги. Несмотря на то что концепция изучается ещё с 1960-х годов, до настоящего времени она ни разу не применялась в реальных космических миссиях.
В апреле инженеры Лаборатории реактивного движения NASA провели испытания первого прототипа MPD-двигателя, работающего на парах металлического лития. В новой установке литий ионизируется и превращается в плазму, которая затем ускоряется до экстремально высоких скоростей. По словам администратора NASA Джареда Айзекмана, агентство продолжает параллельно развивать множество космических программ, не теряя из виду главную цель — отправку американских астронавтов на Марс. Он отметил, что успешные испытания двигателя демонстрируют реальный прогресс в этом направлении.
Во время тестов специалисты выполнили пять отдельных запусков двигателя. В ходе работы вольфрамовый электрод излучал яркое белое свечение, а температура системы превышала 2800 градусов Цельсия. Испытания проходили на уникальном стенде CoMeT в Лаборатории реактивного движения NASA — специальной вакуумной установке, предназначенной для безопасной проверки электрических двигателей, использующих металлические пары в качестве рабочего вещества. Комплекс оснащён восьмиметровой вакуумной камерой с водяным охлаждением, рассчитанной на работу с плазменными потоками мегаваттного уровня мощности.
В ходе испытаний двигатель достиг мощности 120 киловатт, что более чем в 25 раз превышает показатели двигателей аппарата Psyche. Руководитель проекта Джеймс Полк заявил, что последние два года команда занималась разработкой и сборкой установки именно ради этого первого испытания. По его словам, исследователям удалось не только подтвердить работоспособность двигателя, но и достичь целевых параметров мощности, а также убедиться в надёжности испытательной платформы для дальнейшего масштабирования технологии.
В перспективе NASA рассчитывает увеличить мощность каждого такого двигателя до уровня от 500 киловатт до 1 мегаватта. Для полноценной пилотируемой экспедиции на Марс потребуется суммарная мощность от 2 до 4 мегаватт, а это означает, что несколько MPD-двигателей должны будут непрерывно работать более 23 тысяч часов. Одной из главных задач для инженеров остаётся создание материалов, способных выдерживать столь длительную эксплуатацию в условиях экстремальных температур и высоких нагрузок.