Термоядерная энергия-это технология, которая находится на расстоянии 30 лет и всегда будет, по крайней мере, по мнению скептиков. Несмотря на его трудный переход в надежный источник энергии, ядерные реакции, которые питают Солнце, имеют широкий спектр применений в других областях. Самое очевидное-это оружие; водородные бомбы по сей день являются самым мощным оружием, которое мы когда-либо производили. Но есть и другой вариант использования, который гораздо менее разрушителен и может оказаться гораздо более интересным—космические двигатели. Концепция термоядерного привода, называемая прямым термоядерным приводом (или DFD), находится в разработке в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL). В конечном итоге разработчики системы надеются запустить ее в космос для тестирования и в конечном итоге стать основной приводной системой космических аппаратов, путешествующих по всей Солнечной системе.
Во внешней Солнечной системе уже есть одна особенно интересная цель, во многом похожая на Землю—Титан.
Его жидкие циклы и потенциал для жизни очаровывали ученых с тех пор, как они впервые начали собирать данные о нем. И если бы мы правильно использовали DFD, мы могли бы отправить туда зонд чуть менее чем за два года, согласно исследованиям, проведенным группой аэрокосмических инженеров на физическом факультете Нью—Йоркского технологического колледжа во главе с профессором Романом Переразвили и двумя стипендиатами из Туринского политехнического университета в Италии-Паоло Айме и Марко Роджер.
Несмотря на то, что он все еще находится в стадии разработки, сам двигатель использует многие преимущества aneutronic fusion, прежде всего чрезвычайно высокое соотношение мощности и веса. Топливо для привода DFD может незначительно отличаться по массе и содержать дейтерий и изотоп гелия-3. Даже с относительно небольшим количеством чрезвычайно мощного топлива DFD может превзойти химические или электрические методы движения, которые обычно используются сегодня.
Удельный импульс системы, который является мерой того, насколько эффективно двигатель использует топливо, оценивается как сопоставимый с электрическими двигателями, наиболее эффективными из имеющихся в настоящее время. Кроме того, двигатель DFD обеспечивал бы 4-5 Н тяги в режиме малой мощности, лишь немного меньше, чем химическая ракета будет выдавать в течение длительного периода времени. По существу, DFD принимает превосходный удельный импульс электрических двигательных установок и сочетает его с превосходной тягой химических ракет, для комбинации, которая объединяет лучшее из обеих систем полета.
Все эти улучшенные характеристики великолепны, но для того, чтобы быть полезными, им действительно нужно где-то раздобыть космический корабль. Авторы статьи выбрали Титан, главным образом потому, что он находится относительно далеко, но также чрезвычайно интересен своими жидкими циклами и обилием органических молекул. Чтобы наметить наилучший маршрут к самому большому спутнику Сатурна, итальянская команда сотрудничала с разработчиками DFD в PPPL и получила доступ к данным о производительности тестового двигателя. Затем они собрали некоторые дополнительные данные о планетарных выравниваниях и начали работать над орбитальной механикой. Это привело к двум различным потенциальным траекториям: одна, где постоянная тяга применялась только в начале и в конце путешествия (называемая профилем тяги-берег-тяга—ТКТ), и другая, в которой тяге была постоянной в течение всего путешествия.
Оба путешествия включали в себя переключение направления тяги, чтобы замедлить космический корабль, чтобы войти в систему Сатурна. Обеспечение постоянной тяги позволило бы сократить время полета чуть менее чем на два года, в то время как профиль TCT привел бы к общей продолжительности полета 2,6 года для космического аппарата, намного большего, чем "Кассии".
Оба этих пути не потребовали бы каких-либо гравитационных помощников, которыми регулярно пользовались космические корабли, путешествующие к внешним планетам. Кассии, последняя знаменитая миссия, посетившая систему Сатурна, использовала серию гравитационных передач между Венерой и землей, чтобы добраться до места назначения, путешествие, которое заняло почти семь лет.
Однако, как только зонд с поддержкой DFD достигает этой сатурнической системы, возникают и другие проблемы. Вращаться вокруг второй по величине планеты Солнечной системы относительно легко. Перенос орбит на ее самую большую Луну гораздо сложнее. Решение этой задачи требует решения проблемы трех тел-общеизвестно сложной задачи орбитальной механики, которая включает в себя решение орбит трех различных орбитальных тел (например, космического корабля, Сатурна и титана).
Теперь, когда вся орбитальная механика устранена и космический аппарат благополучно находится на орбите Титана, он может начать пользоваться еще одним преимуществом DFD—он может обеспечить прямое питание систем космического корабля. Большинство внешних миссий Солнечной системы полагаются на радиоизотопные тепловые генераторы (РТГ) в качестве источника энергии. Но ДФД-это, по сути, не только источник тяги, но и источник энергии. При правильном проектировании он мог бы обеспечить всю мощность, необходимую космическому кораблю для продления срока службы миссии.
Этот увеличенный срок службы миссии означает, что DFD может быть полезен в широком спектре миссий. Авторы, изучавшие миссию на Титан, также рассматривали возможность миссии на транс-нептуанские объекты, которые до сих пор посещались только новыми горизонтами, кой потребовалось девять лет, чтобы достичь Плутона. Излишне говорить, что DFD резко сократит время, необходимое для совершения этого путешествия. И если он будет функционировать в течение следующих 30 лет, он может начать служить движущей силой для всех видов новых исследовательских миссий.
