Представьте себе огонь, который не жжёт. Не ревущий факел ракетного сопла, выталкивающий в небо тысячи тонн керосина и кислорода, а нечто совершенно иное — едва видимое голубоватое свечение, заключённое в магнитную бутылку. Поток частиц, разогнанный до такой скорости, что само слово «быстро» теряет смысл. 100 километров в секунду. Вы только вдумайтесь в эту цифру. От Москвы до Санкт-Петербурга такой поток долетел бы за семь секунд. От Земли до Луны — примерно за час с небольшим. А до Марса в момент великого противостояния — не за полгода-год, как сегодня, а за месяц или два. Это не фрагмент сценария к научно-фантастическому блокбастеру. Это результат, который уже показал лабораторный прототип плазменного ракетного двигателя, созданного в Троицком институте «Росатома».
Почему же эта новость, промелькнувшая в лентах, на самом деле гораздо важнее, чем кажется, и почему она вызывает одновременно и научный трепет, и холодок вдоль позвоночника? Давайте разбираться. Чтобы понять величину скачка, нужно осознать тот тупик, в который зашла классическая ракетная техника. Химический двигатель — это, по сути, управляемый взрыв. Он великолепен для старта с Земли, для преодоления гравитации, но он чудовищно неэффективен в космосе. Вся его мощь уходит на то, чтобы нести само топливо, которое составляет девяносто процентов массы ракеты. Вы сжигаете тонны, чтобы протолкнуть килограммы. И у этого подхода есть физический потолок, к которому мы уже почти вплотную подошли. Удельный импульс — ключевой параметр эффективности двигателя — у лучших химических ракет составляет около 450 секунд. Это значит, что один килограмм топлива создает тягу в один килограмм в течение 450 секунд. У плазменного же двигателя этот показатель на порядки выше. Двигатель, разгоняющий плазму до скорости в 100 километров в секунду, оперирует в реальности, где удельный импульс может достигать 10 000 секунд и выше. Разрыв в 20 раз. Это как сравнить парусный фрегат, полностью зависящий от попутного ветра, с атомным ледоколом, который сам прокладывает себе путь.
Теперь о том, как это работает. В основе разработки «Росатома» лежит магнитоплазменный ускоритель. В нём рабочим веществом служат ионы водорода. Под воздействием мощных электрических и магнитных полей ионизированный газ, или плазма, разгоняется до тех самых головокружительных скоростей. Здесь нечему гореть в привычном понимании, нет химической реакции. Энергия, которая может поступать от компактного ядерного реактора, напрямую преобразуется в кинетическую энергию потока частиц. Именно поэтому такие системы обладают колоссальным КПД по сравнению с традиционными ракетами. В «Росатоме» уже говорят не о компьютерных симуляциях, а о реальном прототипе. Эта система работает в импульсно-периодическом режиме и выдаёт среднюю мощность около 300 киловатт. Для лабораторной установки, которая, по сути, прокладывает путь человечеству к звёздам, это грандиозный показатель. Он означает, что наука перешла от уравнений на доске к инженерному воплощению.
Безусловно, на Марс такой двигатель отправится не завтра. Сейчас перед учёными и конструкторами стоит целый комплекс сложнейших задач. Сам прототип — это пока демонстратор технологии, доказывающий, что достижение столь высоких скоростей в принципе возможно. Дальше последуют этапы масштабирования, увеличения мощности и ресурса, интеграция с полноценной ядерной энергетической установкой, которая будет питать двигатель в космосе. Ведь на одном химическом аккумуляторе далеко не улетишь — нужен мощный и компактный источник энергии. И здесь «Росатом» со своими компетенциями в ядерных технологиях находится в уникальном положении, обладая ключами к решению обеих задач.
Эта разработка интересна не только как маршевый двигатель для марсианских миссий, но и как платформа для многих других применений, о которых часто забывают в пылу космических дискуссий. Технологии удержания и ускорения плазмы — это прямой путь к созданию новых материалов с уникальными свойствами, к прорывным методам стерилизации в медицине и переработки опасных отходов, наконец, к заветной цели — управляемому термоядерному синтезу. По сути, создавая двигатель для покорения далёких планет, мы попутно учимся создавать маленькие земные солнца.
Конечно, можно скептически хмыкнуть, мол, «Росатом» только ракету в гараже запустил, а мы уже марсианские хроники пишем. Но именно так всегда и начинаются великие технологические сдвиги — с лабораторного стола, с первого рукотворного разряда молнии, заключённой в магнитное поле. Когда-то и полёт на жидком топливе, и расщепление атома были лишь строчками в отчётах учёных, на которые обыватели смотрели с недоверием. Сегодня плазменный двигатель со скоростью истечения частиц в 100 километров в секунду перестаёт быть просто цифрой в журнале. Он становится осязаемым, работающим, пусть пока и в импульсном режиме. Это как первый удар сердца будущего межпланетного корабля. А теперь скажите, положа руку на сердце: когда вы впервые услышали о такой скорости, вы поверили, что это реально, или всё ещё думаете, что это трюк для прессы? И самый главный вопрос — если до Марса действительно можно будет долететь за месяц, на какой планете вы бы хотели оказаться в первую очередь?