Полет на Марс за 200 дней? На энергии термоядерного синтеза!

Полет в открытый космос – опасное предприятие. Правильный выбор двигателя нередко означает выбор между быстрым и успешным завершением миссии – и медленным, с нарастающими рисками лучевой болезни, поломок оборудования и личных конфликтов.

Группа исследователей из Вашингтонского университета и фирмы MSNW (Редмонд, штат Вашингтон) разрабатывают новый ракетный двигатель на энергии ядерного синтеза, который сможет доставить людей на Марс и обратно за несколько месяцев, а не лет, сообщает Gizmag.

Существует несколько способов добраться до красной планеты, но, если это пилотируемый полет, возможности крайне ограничены. Ракета с двигателем на химическом топливе – это первое, что приходит в голову. Именно на них запускаются все космические аппараты. Это надежная, проверенная на практике технология, но она давно уже дошла до точки «убывающей доходности». Даже не прибегая к расчетам, можно сказать, что химическое топливо позволит отправить на Марс только гигантский корабль, львиную долю веса которого будет составлять топливо; и путешествие на нем займет долгие годы.

Термоядерные ракеты
Другой вариант – термоядерная ракета, получающая энергию от расщепления атомов тяжелых металлов (таких, как плутоний), то есть, работающая по принципу земных АЭС. Ракеты такого типа разрабатываются начиная с 1940-х годов, но ни одна из них пока не применялась в космических полетах. Существует множество конструктивных решений – от обычных термоядерных реакторов, нагревающий водород по мере его прохождения сквозь активную зону реактора, до экзотических газофазных реакторов. 

Больший КПД и энергоёмкость этой технологии позволяет построить более мощные двигатели – и, в итоге, сократить время полета. Но ряд недостатков (необходимость экранирования и оснащения корабля гигантскими баками для более легкого топлива) сводит на нет ее преимущества. Реально возможные конструкции термоядерных ракет лишь на 30% лучше ракет на химическом топливе. По данным ученых, полет на Марс на термоядерной ракете потребует 9 запусков, чтобы только вывести аппарат на земную орбиту, а стоить это будет больше 12 миллиардов долларов – не считая остальных статей бюджета (изготовление корабля, изучение Марса, сам полет). Космический аппарат весил бы 848 тонн, и полет на Марс и обратно занял бы 4,6 лет.

«Существующие виды ракетного топлива делают невозможным для людей выбраться куда-либо за пределы окрестностей Земли. Мы надеемся дать человечеству гораздо более мощный источник энергии, который в итоге сделает обычным межпланетные путешествия», - рассказывает Джон Слоу (John Slough), адъюнкт-профессор аэронавтики и астронавтики Вашингтонского университета.

Возможный выход – ракета на энергии термоядерного синтеза
Ракета на энергии управляемого термоядерного синтеза (РЭУТС), предложенная учеными, работает по принципу синтеза с магнитным удержанием плазмы, еще точнее, по принципу магнитной конфигурации с обращенным полем (Field Reversed Configuration, FRC). Гигантские электрические конденсаторы питают сверхмощное магнитное поле током в миллион ампер – и в результате большие кольца металлической фольги из лития «схлопывают» сгусток ионизированной водородной плазмы, впрыскиваемой в двигатель. Фольга сжимает плазму на несколько микросекунд, пока не произойдет синтез. Потом магнитное поле резко и на большой скорости выталкивает чудовищно раскаленный, ионизированный металл из ракетного сопла.

Полет с таким двигателем пройдет не очень плавно. Такие выбросы происходят с минутным интервалом, поэтому корабль будет передвигаться серией скачков, а не на ровной тяге. Но это не столь важно – ведь песчинка его топлива дает столько же энергии, сколько 3,7 литров химического топлива. По расчетам исследователей, для полета на Марс на энергии управляемого термоядерного синтеза масса корабля составит лишь 134 тонны, на орбиту запустится сразу, а путешествие на Марс и обратно займет всего 210 дней (плюс месяц на самой планете).

Сейчас команда ученых разрабатывает отдельные компоненты двигателя, чтобы потом собрать из них работающий прототип. «Мне кажется, всем понравился главный механизм сжатия плазмы, который мы используем. Надеемся, что сможем убедить мир, что управляемый термоядерный синтез получится не только через сорок лет и не обязательно стоит два миллиарда долларов», - утверждает Слоу. Результаты работы ученых были представлены на мартовском симпозиуме НАСА.