Слава богу прогресс не останавливается и появляются новые довольно интересные проекты. О некоторых мы еще поговорим - например о насовских планах на термоядерный двигатель, он очень интересен. Сделаю статьи и про Нуклон - если найду о нем хоть сколько-нибудь хорошую информацию.
Но сейчас поговорим немного о другом. В трудах американского института физики (AIP) появилась очень любопытная статья. Авторы сообщают, что:
В этом отчете рассматривается СВЧ-воздушно-плазменный реактивный двигатель, использующий высокотемпературную плазму высокого давления, создаваемую микроволновой ионизационной камерой с частотой 2,45 ГГц для нагнетаемого сжатого воздуха. Предлагается простой прототип плазменного реактивного двигателя, который может создавать тягу примерно 10 Н при мощности 400 Вт с расходом 0,5 л/с для воздушного потока, что соответствует подъемной силе 28 Н/кВт и давлению струи 2,4×10^4 Н/м2. При более высокой мощности микроволн или большем воздушном потоке могут быть достигнуты тяговые силы и реактивное давление, сравнимые с таковыми у реактивных двигателей коммерческих самолетов.
... экспериментальная установка включает в себя магнетрон мощностью 1 кВт на частоте 2,45 ГГц, циркулятор, плоский волновод, игнитор и кварцевую трубку. Магнетрон является источником микроволн, циркулятор используется для поглощения отраженных микроволн, а тюнер с тремя шлейфами используется для оптимизации мощности внутри камеры ионизации воздуха. Длина, ширина и высота волновода составляют 600 мм, 90 мм и 50 мм соответственно.
Проект интересен сам по себе и, главное, вполне физически реализуем. Ну да, реактивный двигатель на основе микроволновки. Главное тут - наличие соответствующего источника питания, так как на довольно длинном участке характеристики скорость истечения плазмы (да-да, фактически это получился плазменный двигатель) почти линейно зависит от его мощности.
Иными словами, вполне можно представить себе плазменный реактивный двигатель с характеристиками, соответствующими современным воздушно-реактивным двигателям (ВРД). Авторы прикидывают, что батарея автомобиля Тесла сможет создать реактивную струю на 8,5 кН. Скорости истечения - если уж экстраполировать это все до физического максимума - получаются тоже совсем не маленькие, расчеты показывают значения вплоть до 15 км/с.
Авторы в основном концентрируются на вопросах замены ВРД и, соответственно, борьбы с климатом и прочей актуальной повесткой - что разумно, так как сейчас именно там деньги лежат. Однако - этот проект при соответствующем допиливании может оказаться ключевым для создания аппаратов, которые смогут летать как в атмосфере, так и за ее пределами.
Собственно, тут все упирается в создание компактного источника электрической энергии, который смог бы выдать приблизительно 400-500 кВт на тонну. Это не сказать, что совсем уж фантастика - есть проекты компактных ядерных реакторов, у которых этот показатель превышает тысячу кВт на тонну и даже больше, то есть у нас появляется еще и неплохой запас.
Весьма заманчиво, как по мне. И, думаю, именно в этом направлении и будет в близкое время идти развитие.
Да, естественно, ядерный реактор дает возможность непосредственного нагрева, то есть можно не городить огород с плазменным двигателем и генерацией электричества, а банально греть рабочее тело в горячей зоне, превращать его в плазму и выбрасывать ее через сопло непосредственно. КПД у такой схемы гораздо выше, чем у любой схемы с преобразованием. Американцы так и собираются делать в своем лунном буксире. Но тут никому не нравится радиоактивный выхлоп - в атмосфере так явно не полетаешь. Использование реактора для генерации электричества и использование чистого плазменного двигателя выглядит куда красивее.
Какие вопросы в настоящее время еще не решены? Их несколько.
1. Охлаждение реактора. Современные ядерные реакторы представляют собой тепловые машины - урановый распад генерирует тепло, оно отводится от горячей зоны и используется для генерации электричества.
При этом тепловая мощность в три-четыре раза превышает электрическую, то есть, грубо, если мы генерируем 1 МВт электричества, то нам нужно куда-то деть 3 МВт тепла. Это совсем не мало и в земных условиях решается водой - пруды и градирни около АЭС видели все.
Что делать в воздухе, а тем более в космосе? Полностью удовлетворяющего всех решения пока не найдено. Только радиаторы, распределяющие тепло по как можно большей площади и обеспечивающие теплообмен - с воздухом в атмосфере, и через излучение - в вакууме.
2. Еще одна проблема, значение которой понимаешь обычно только когда пробует что-то делать сам. А именно - проблема масштаба. Любой практик знает - то, что работает в виде маленького устройства совершенно не обязательно будет работать, будучи увеличенным в десять раз. Поэтому экстраполяцию тяги и скорости истечения с модели, работающей на 100 Вт на три и более порядков нужно делать очень и очень осторожно. Там "по дороге" можно столкнуться с очень большим количеством препятствий. Зачастую - непреодолимых.
Можно говорить и о других проблемах - например, испускаемая плазма настолько горячая, что может "поджечь воздух", или, иными словами, способствовать образованию оксида азота. Который и сам по себе ядовит, и к тому же разрушает озоновый слой.
Однако на нынешний момент эта область - да простит меня Маск с его Старшипами - выглядит наиболее перспективной с точки зрения технического прорыва в деле облегчения выхода человека в космос. Будем посмотреть.