Многие наши читатели смотрят сериал “Экспансия”, поставленный по романам из серии “Пространство” Даниэля Абрахама и Тая Френка, пишущих под псевдонимом Джеймс Кори. И как вы все конечно знаете, в этом произведении говорится, что создание термоядерного двигателя “Эпштейна” дало возможность человечеству начать ту самую экспансию по колонизации планет Солнечной системы.
В наше время о космической экспансии, ради выживания человечества как вида, говорит основатель частной космической компании SpaceX Илон Маск. И он делает реальные шаги в этом направлении, создавая космический корабль Starship. Некоторые конечно справедливо говорят, что на химических двигателях далеко не улетишь. И это справедливо. Но немногие обратили внимание, что в одном из предыдущих своих интервью Маск заявил, что в ближайшем будущем появятся возможности долететь до Марса примерно за сутки, а не за месяцы.
И что же это за возможности и технологии?
В предыдущие месяцы сеть была наполнена информацией о начале работ по постройке российского ядерного буксира “Нуклон”. Это конечно классная технология по нашим временам, хотя и уходящая своими корнями в разработки ещё советских времён.
В “Нуклоне” ядерная энергетическая установка будет вырабатывать 500 кВт электроэнергии, необходимой для работы ионно-плазменных двигателей. Анонсируется, что мощности этих двигателей будет достаточно, чтобы долететь до Марса за 1,5 месяца. Сам аппарат планируется запустить в 2030 году.
Но 1,5 месяца это не 1,5 суток. О чём же говорил Маск?
Не секрет, что на всех спутниках, создаваемой SpaceX, сети Starlink имеется по одному ионному маневровому двигателю. Так что для SpaceX эта технология известна, и в необходимый момент она может быть масштабируема до необходимых размеров, и мощности. Так что, потенциально с “Нуклоном” уже было бы кому потягаться. Но и это не самое главное. И я не случайно вначале вспомнил двигатель Эпштейна из “Экспансии”.
Встречайте двигатель Ибрахими
Американский физик Доктор Фатима Ибрахими, работающая в Принстонской лаборатории физики плазмы (PPPL) Министерства энергетики США, создала концепцию термоядерного двигателя, который будет способен доставить человека до Марса чуть более чем за сутки.
Фатима продолжительное время работает по проекту создания термоядерного ректора – National Spherical Torus Experiment (NSTX). Именно эта работа позволила ей разработать проект двигателя, работающего по принципу термоядерного реактора. Только если процессы в термоядерном реакторе проходят внутри него, то двигатель Ибрахими работает по принципу контролируемого магнитными полями выброса плазмы, которая создаётся внутри термоядерного реактора. Это очень похоже на то, как объяснялся принцип работы термоядерного двигателя Эпштейна в “Экспансии”. И вот, теперь это вовсе не фантастика, а научно разработанный проект, основанный на реальной работе по созданию токамака.
Реактивную тягу создаёт плазма, а её импульс (скорость) контролируется напряжением магнитных полей.
Скорость космического аппарата с таким двигателем будет в пределах от 20 до 500 километров в секунду. А может и больше, в зависимости от состава реакторной массы.
Говорит Доктор Фатима Ибрахими: «Я уже давно готовлю эту концепцию. Эта идея у меня возникла в 2017 году, когда я думала о сходстве между выхлопом автомобиля и высокоскоростными частицами выхлопа. Во время работы Токамак производит магнитные “пузыри”, называемые плазмоидами, которые движутся со скоростью около 20 километров в секунду, что мне показалось очень похожим на тягу. И почему бы это не использовать в качестве тягообразующей силы в двигателе космического корабля. Путешествие на большие расстояния занимает месяцы или годы, потому что удельный импульс химических ракетных двигателей очень мал, поэтому кораблю требуется время, чтобы набрать скорость. Но если мы создадим двигатели, основанные на магнитном пересоединении, то мы сможем выполнять дальние миссии за более короткий период времени. Используя больше электромагнитов и больше магнитных полей, вы фактически можете повернуть ручку для точной настройки скорости».
Итак, термоядерный реактор двигателя космического корабля создаёт плазмоиды (горячее заряженное состояние вещества, состоящего из свободных электронов и атомных ядер), которые, ограниченные магнитными полями, выбрасываются наружу, создавая тягу.
Несколько поколений учёных работали над созданием реактора термоядерного синтеза. Основной целью было производство чистой и дешёвой электроэнергии, а о термоядерных двигателях писалось только в фантастических романах. Теперь мы видим, что работы в этой программе позволили спроектировать термоядерный плазменный двигатель.
Кто-то, конечно, скажет с сарказмом, что осталось только построить работающий реактор, и не несколько секунд, а постоянно, стабильно работающий. И это верно. Но работы в этом направлении не останавливаются, ни на минуту. Российские учёные так же принимают участие в этом процессе в рамках международного проекта. Так что результат будет.
Компьютерное моделирование, выполненное на компьютерах PPPL (Принстонской лаборатории физики плазмы) и в Национальном вычислительном центре энергетических исследований, отделе научных исследований Министерства энергетики в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния, показало, что новая концепция плазменного двигателя может генерировать “выхлоп” со скоростью в сотни километров в секунду, что в десятки раз быстрее, чем у существующих или разрабатываемых сейчас космических двигателей, в том числе и у “Нуклона”.
Использование термоядерного синтеза для приведения в действие ракет не является новой концепцией, двигатель Ибрахими отличается от существующих устройств по трём параметрам.
Во-первых, изменение силы магнитных полей может увеличивать или уменьшать силу тяги, что позволяет лучше маневрировать в космосе.
Во-вторых, новый двигатель создаёт тягу, выбрасывая частицы плазмы и магнитные “пузыри”, известные как плазмоиды.
Плазмоиды добавляют мощность двигательной установке, и никакая другая концепция двигателя не включает их.
Однако последнее различие между концепцией Ибрахими и другими заключается в том, что её концепция использует магнитные поля для выстрела частиц плазмы, нежели другие, уже проверенные в космосе двигатели, использующие электрические поля.
Использование магнитных полей позволяет учёным подбирать величину тяги для конкретной миссии, а астронавты смогут изменять величину тяги двигателя корабля при миссиях к далёким мирам. По словам Ибрахими, эта более высокая скорость космического корабля может сделать внешние планеты доступными для астронавтов.
«В то время как другим двигателям требуется тяжелый газ, состоящий из атомов, таких как ксенон, в этой концепции вы можете использовать любой тип газа, который захотите. В некоторых случаях учёные могут предпочесть лёгкий газ, потому что более мелкие атомы могут двигаться быстрее», – сказала Доктор Ибрахими.
Итак, мы с вами стали свидетелями зари новой космической эры. Не сомневаюсь, что Маск, говоря про полёт к Марсу чуть более чем за сутки, имел ввиду именно концепцию Фатима Ибрахими. И возможно, когда-то SpaceX поставит на свои Starship двигатели Ибрахими, открывая новую страницу Экспансии.
Уважаемые читатели, чтобы не пропустить наши свежие статьи вы можете подписаться на наш Телеграм-канал. Оставляйте комментарии, ставьте лайки, делайте репосты (кнопки соцсетей есть в конце каждого материала). Ваше участие нам очень важно!
