Четвертый проект, который мы рассмотрим, является детищем Принстонской лаборатории физики плазмы – весьма известного научного учреждения. Называется он Direct Fusion Drive (DFD), то есть, в вольном переводе, прямой термоядерный привод. Сейчас разработка – по договору с НАСА – ведется компанией Princeton Satellite Systems . Разработчики считают, что все технические вопросы ими решены и система полностью готова к реализации «в железе». По этому проекту даже есть первоначальная дата полета – это 2028 год. Весьма, надо сказать, смело.
Такая смелость, возможно, объясняется еще и тем, что проект, на который принстонцы получили грант, называется не «Исследование того-то и того-то». Нет, его название звучит донельзя нахально: Fusion-Enabled Pluto Orbiter and Lander. Не больше и не меньше. Иначе говоря, тут разрабатывается не только привод, но и орбитальный и посадочный аппараты, причем запускать их предполагается не куда-нибудь, а к Плутону.
Серьезность их намерений подтверждается также тем, что помимо НАСА их работу финансирует министерство энергетики (а это – организация довольно серьезная и, в частности, она прямо связана в том числе и с военными). Ну и нужно помнить, что сам проект – в виде предварительных теоретических разработок – стартовал довольно давно, еще в 2001 году.
Дата эта связана с тем, что именно тогда в Принстонской лаборатории физики плазмы начала работать установка, генерирующая FRC -пучки плазмы (о них мы подробно говорили в предыдущей статье). Конкретно принстонская их разновидность называется PFRC , то есть Princeton Field-Reversed Configuration. Сейчас в лаборатории работает установка второго поколения – PFRC -2.
Собственно говоря, именно ее – с небольшими изменениями – авторы проекта и предлагают в качестве двигателя.
Работает это следующим образом. Термоядерное топливо поступает в магнитную ловушку и в ней закручивается и сжимается. Получается уже знакомый нам плотный FRC -пучок, который удерживается в середине ловушки и разогревается высокочастотным излучением до температуры, которая инициирует термоядерную реакцию.
Одновременно с этим в камеру магнитной ловушки поступает топливо, например ксенон в смеси с аргоном. Там он разогревается, превращаясь в плазму и эту плазму выбрасывает через магнитное сопло, таким образом создается реактивная тяга. Предполагается порядка пяти ньютон на один мегаватт энергии термоядерного синтеза при удельном импульсе около десяти тысяч секунд.
Кардинальное отличие этой схемы от всех прочих заключается в том, что она, собственно говоря, является по большому счету тепловой, то есть термоядерный реактор здесь используется для нагрева топлива, представляющего собой инертный газ и превращения его в плазму. Примерно такая же схема была основной, например, в проекте NERVA – только там для нагрева топлива использовался не термоядерный, а «простой» ядерный реактор.
Но это еще не все. В предлагаемом проекте основное, что производит термоядерный реактор – это тепло. В энергию реактивного выхлопа преобразуется только его часть – правда немалая. Авторы предлагают повысить общий КПД установки путем отвода части тепла для питания машин, работающих в рамках цикла Брайтона для генерации электроэнергии. Эта электроэнергия затем может быть использована как для нужд экспедиции, так и для питания дополнительных ионных двигателей, помогающих разгону и/или торможению корабля.
Как я уже говорил, разработка ведется в привязке к конкретной цели – полета на Плутон в 2028 году. Если успеют, то полет с доставкой орбитального аппарата и лендера суммарной массой в тонну на его орбиту продлится меньше четырех лет. Но тут я советую почитать отчет – там масса очень интересных траекторных и энергетических расчетов.
Проект характеризуется весьма и весьма активным пиаром – скажем, сведения о нем просочились и на русскоязычные сайты. В американском сегменте распространяется куча материалов – и на Титан за два года, и на Марс, и хоть к черту на рога. Принстонцы очень хотят быть первыми, кто запустит в космос термояд.
У проекта нет теоретических проблем, и его авторы уверены, что то же самое можно сказать о проблемах технических. Сейчас они делают PFRC -3, который, по их уверениям, должен стать полноценным макетом движка, который можно будет уже выводить для испытаний в космос.
Из проблем, которые тем не менее видны – общая для всех проектов такого рода проблема электрического «обвеса» (правда здесь она выражена в куда меньшей степени) и борьба с перегревом. Еще одна специфическая особенность проекта – реактор работает на смеси Dt и He 3 и если первый достать относительно просто, то со вторым у нас есть большие проблемы. Говорят, его много в атмосфере Урана…
Но в целом как благодаря общей проработанности проекта, пробивным качествам его руководителей и весьма широкому кругу решаемых проблем (по факту помимо движка предлагается термоядерная электростанция в космосе) у DFD довольно высоки шансы быть первым на орбите. Посмотрим, что у них получится.