Американская компания-стартап «RocketStar» сообщила, что успешно испытала прототип ракетного двигателя, использующего термоядерную энергию.
Но, к сожалению, речь (пока) не идет о торчшипах, вроде изображенного выше звездолета «Льюис & Кларк» из романа Хайнлайна «Time For the Stars». Речь идет о значительно более скромном решении: термоядерно-форсируемом импульсном плазменном двигателе.
Импульсные плазменные двигатели известны весьма давно. Впервые их применили на советском космическом аппарате «Зонд-2» (изначально 3МВ-4), отправленном к Марсу еще в 1964 году. Хотя станция не сумела в полной мере выполнить полетную программу, в дальнейшем идея импульсных плазменных двигателей была успешно испытана на следующем космическом аппарате той же серии, «Зонд-3», направленном в облет Луны.
Концепция импульсного плазменного двигателя в общем-то проста. Через помещенное между анодом и катодом рабочее тело (советские двигатели, например, использовали в качестве такового брусок тефлона) пропускается мощный электрический разряд. Образующаяся вольтова дуга вызывает мгновенную сублимацию рабочего тела, превращая его в газ — который от высокой температуры дуги ионизируется, и становится горячей плазмой. Облачко плазмы, в свою очередь, разгоняется между анодом и катодом до высокой скорости посредством силы Лоренца, и выбрасывается наружу, создавая реактивную тягу.
Преимуществом такого двигателя является очень простая и дешевая конструкция, а также высокая скорость истечения. Скорость выхлопа у импульсного плазменного двигателя может достигать 20-70 км/с — в десять раз выше, чем у химических ракет. Однако... эффективность импульсного плазменного двигателя сравнительно невысока из-за высоких потерь тепла, в то время как энергопотребление значительно. Поэтому широкого распространения эта концепция не получила.
И вот компания «RocketStar» предложила интересный способ повысить эффективность плазменных «пульсаторов» за счет использования энергии термоядерного синтеза (конкретно, анейтронной реакции протон+бор-11).
Рабочим телом (и частично — топливом) для двигателя «FireStar» является обыкновенная вода, насыщенная бором. Когда сквозь нее проходит мощный электрический разряд, молекулы воды расщепляются и ионизируются с высвобождением высокоэнергетических протонов. Которые, сталкиваясь в образовавшейся плазме с атомами бора-11 (наиболее распространенного, стабильного изотопа бора), сливаются с ними и образуют нестабильную возбужденную форму углерода-12 — практически немедленно распадающуюся на три высокоэнергетические альфа-частицы:
Следует сразу же отметить: в предлагаемой конфигурации, реакция протон+бор-11 будет крайне низкоэффективна. Только ничтожно малая часть протонов сольется с атомами бора, и суммарный энергетический выход такого синтеза будет значительно ниже затрат. Поэтому термоядерный реактор «RocketStar» не придумала. Что они предлагают, так это «форсировать» за счет термоядерной реакции плазменный выхлоп двигателя, увеличить его тягу и скорость истечения. Поскольку реакция протон+бор относится к анейтронным — ее продуктом являются только заряженные частицы — то двигателю не требуется мощная радиационная защита.
Согласно данным Лаборатории Высокоэнергетических Электрических Двигателей (англ. High Power Electric Propulsion Laboratory — HPEPL) аэрокосмического факультета Технологического Университета Джорджии (США, штат, как легко понять, Джорджия), на испытаниях прототипа «FireStar Drive 1.5» наблюдалось как выделение высокоэнергетических частиц и гамма-лучей — что означало, что имеет место термоядерная реакция — так и тяга, находившаяся в пределах ожидаемого. По данным сотрудников лаборатории, термоядерный «форсаж» позволил увеличить тягу пульсирующего плазменного двигателя примерно на 50% по сравнению с аналогичным, использующим чистую воду (без бора, т.е. без термоядерной реакции).
В настоящее время, «RocketStar» продолжает стендовые испытания двигателей в вакуумных камерах. Их дальнейшей целью является испытание их термоядерно-форсируемого двигателя в Космосе. «RocketStar» уже заключила контракт с итальянской компанией «D-Orbit» об использовании их орбитального буксира ION Satellite Carrier как платформы для испытания двигателя. Запуск планируется на июль 2024 года, в качестве попутной нагрузки для ракеты «Falcon-9» компании «SpaceX»