Недавно в Южной Калифорнии произошло событие, которое осталось незамеченным для большинства новостных лент, но имеет огромное значение для будущей космической экспансии человечества. Инженеры Лаборатории реактивного движения НАСА совместно с коллегами из Исследовательского центра Гленна успешно испытали электромагнитный двигатель, работающий на литиевом паре. Это первое за много лет испытание, в ходе которого электроракетная установка достигла мощности 120 киловатт.
Для сравнения: самые мощные электрические двигатели, которые сейчас используются на аппаратах агентства (например, на миссии Psyche), выдают лишь около 5 киловатт. Испытания проводились в уникальной вакуумной камере с водяным охлаждением длиной 8 метров, которая позволяет безопасно работать с металлическими пропеллентами на мегаваттных уровнях мощности. Администратор НАСА Джаред Айзекман назвал этот результат реальным прогрессом на пути к тому, чтобы «отправить астронавтов на Красную планету».
В чем же новизна этой технологии, которую разрабатывают с 1960-х годов, но до сих пор ни разу не использовали в реальных космических миссиях?
Современные электроракетные двигатели, такие как ионные установки на зонде Dawn, используют солнечную энергию для разгона частиц ксенона. Это очень экономично, но сила тяги у таких двигателей минимальна — они работают как легкий ветерок, который дует годами.
Магнитно-плазмодинамический (MPD) двигатель на литии работает иначе. Он использует огромные электрические токи, которые взаимодействуют с собственным магнитным полем, чтобы электромагнитно разгонять плазму лития. Во время испытаний вольфрамовый электрод в центре камеры раскалился добела, достигнув температуры более 2800 градусов Цельсия, а само сопло излучало ярко-красное плазменное облако. Главное преимущество MPD-двигателя в том, что при колоссальной мощности, в сотни раз превышающей мощность нынешних ионных двигателей, он сохраняет топливную эффективность — расходуя до 90 процентов меньше пропеллента, чем химические ракеты.
Конечно, впереди еще долгий путь. Пока это только испытание прототипа, и команде под руководством Джеймса Полка (ветерана миссий Dawn и Deep Space 1) предстоит решить главную проблему: компоненты должны выдерживать высокие температуры не минуты, а тысячи часов. В ближайшие годы исследователи намерены поднять мощность до 500 киловатт и даже 1 мегаватта на один двигатель.
Для пилотируемого полета на Марс потребуется система мощностью от 2 до 4 мегаватт, то есть несколько таких двигателей, работающих суммарно более 23 тысяч часов без остановки. Этот проект, который длится последние 2,5 года и финансируется программой NASA Space Nuclear Propulsion, рассчитан именно на связку с ядерным источником энергии.
Таким образом, успешное испытание доказало главное: MPD-двигатель на литии работоспособен и достиг целевых параметров. Это не прототип далекого будущего, а инженерная реальность. В паре с компактным ядерным реактором такая установка способна радикально сократить стартовую массу марсианского корабля, довезти до Красной планеты тяжелые грузы и, в конечном счете, сделать высадку человека на Марс не просто мечтой, а реальной технической задачей.