Ионный двигатель NASA установил рекорд производительности

Разрабатываемый Мичиганским университетом и ВВС США новый ионный двигатель X3 для аэрокосмического агентства NASA установил новый рекорд эффективности. На фоне этих новостей у некоторых экспертов загорелись глаза, и все они как один предполагают, что такая технология однажды будет использоваться для доставки людей на Марс. 

Двигатель X3 относится к так называемому типу ускорителей Холла. Для создания двигательного импульса такая установка создает направленный поток ионов. Генерируемая внутри специальной камеры плазма, которая выбрасывается за пределы корабля, по словам NASA, позволит придать космическому кораблю больший уровень ускорения по сравнению с более традиционными химическими ракетными двигателями.

Самые эффективные химические ракетные двигатели (ХРД) позволяют разгонять космический аппарат до скорости около 5 километров в секунду, в свою очередь, ускоритель Холла способен придавать ускорение до 40 километров в секунду. Такая эффективность будет крайне полезной для потенциально продолжительных космических полетов, как, например, на Марс. И по мнению людей, занимающихся проектом ионного двигателя, благодаря этой технологии в течение ближайших 20 лет мы сможем открыть дорогу к пилотируемым полетам к Красной планете.

Считается, что ионные двигатели могут быть гораздо эффективнее обычных ХРД, а также экономичнее, так как требуют использования меньшего объема топлива для перевозки аналогичного числа членов экипажа и оборудования на дальние дистанции. Как прокомментировал руководитель проекта разработки ионного двигателя Алек Галлимор порталу Space.com, ионное ускорение способно обеспечить до 10 раз большее покрытие расстояния при использовании одинакового с ХРД объема топлива.

Конечно же, помимо ионных двигателей, есть и другие виды перспективных технологий, дальнейшая разработка которых может вывести человечество на новый виток покоренных космических расстояний. Пожалуй, самым главным недостатком тех же традиционных ХРД является необходимость в доставке в космос огромного объема химического топлива, что, разумеется, повышает и общую массу космического корабля. Дополнительная масса требует дополнительного топлива, дополнительное топливо повышает массу, ну и так далее. Есть вариант прямоточного ускорителя Буссарда, являющегося по своей сути термоядерным ракетным двигателем, использующим водород космического пространства в качестве топлива. В теории двигатель способен придавать ускорение практически до скорости света, но его крайне низкая эффективность ввиду особенности самой конструкции космического корабля пока оставляет проект под очень большим вопросом. А что же электромагнитный двигатель, который у всех на слуху последнее время? Вокруг него сейчас возникает больше вопросов, чем ответов. И пока мы не разберемся, как он вообще способен работать, а ученые действительно понятия не имеют как, то на лучшее надеяться не приходится.

Фанаты научной фантастики наверняка с энтузиазмом предложили бы использовать идею, которая позволит осуществлять космические путешествия быстрее скорости света – варп. Однако общая теория относительности говорит нам о том, что ничто не способно передвигаться быстрее скорости света. Тем не менее, если мы найдем способ каким-то образом сжимать и расширять ткань пространства-времени впереди и позади нас, то в теории мы действительно сможем двигаться быстрее скорости света. Но пока современная наука солидарна с тем, что мы даже близко не подобрались к подобным технологиям.

Вернемся к ионным двигателям. Недавние испытания ускорителя X3 показали, что установка способна работать при мощности более 100 кВт и генерировать 5,4 ньютона силы, что на данный момент стало высшим показателем эффективности для любого ионного плазменного двигателя. Он также побил рекорд выходной мощности и показателей рабочего тока. Подобный успех заставил некоторых предположить, что технология в течение ближайших 20 лет начнет использоваться для доставки людей на Марс. Но так ли все замечательно? Пожалуй, лишь только отчасти.

По сравнению с теми же ХРД, ионные двигатели способны создавать очень малую тягу. Другими словами, чтобы достичь того же показателя скорости, что демонстрирует химический ракетный двигатель, ионному требуется гораздо дольше работать. Это, в свою очередь, не позволяет использовать ионные двигатели, например, в качестве стартовых, при запуске ракеты с Земли.

Инженеры предпринимают попытки решить эти проблемы с новым ионным двигателем X3, где вместо одного канала для выброса ускоряющей плазмы предлагается использование сразу нескольких. Текущей задачей проекта является разработка одновременно достаточно мощного и компактного двигателя. Дело в том, что изначальный прототип получился весьма габаритным. В то время как большинство созданных ускорителей Холла можно вручную переносить по лаборатории, X3 приходится передвигать с помощью небольшого крана.

В 2018 году инженеры собираются провести новую серию тестов и в конечном итоге посмотреть на работу двигателя, который будет оперировать в течение 100 часов без перерыва. Инженеры также ведут разработку системы экранирования, которая защитит стенки ускорителя от воздействия раскаленной плазмы, что позволит двигателю работать гораздо дольше, возможно, даже в течение нескольких лет.