У космос — на плазмі
Новий тип двигуна дозволить значно зменшити вагу космічних апаратів і збільшити їхню швидкість. Це не тільки зробить набагато коротшими польоти на Марс і Венеру, а й відкриє можливість для подорожей до околиць Сонячної системи.
Професор Вашингтонського університету Джон Слау розробив проект електромагнітного плазмоїдного двигуна (ЕПД). Він є революційним типом рушійної установки й дозволяє різко скоротити масу космічного апарата, а також збільшити ефективність двигунів у порівнянні із традиційними системами. ЕПД має високу питому потужність (понад 700 Вт/кг) і завидну економічність.
Плазма, яку іноді називають четвертим станом речовини, є іонізованим (електрично зарядженим) газом, що складається з атомів, у яких відсутні деякі електрони. Із неї складаються зірки. Це газ, нагрітий до надзвичайно високих температур у мільйони градусів. Жоден із відомих матеріалів витримати таких не міг би. На щастя, плазма є добрим електричним провідником. Ця властивість дозволяє утримувати її, управляти нею й прискорювати її за допомогою правильно створених магнітних полів.
Як це працює
Принцип роботи ЕПД такий. У робочу камеру, яка має форму конуса, впорскується газ і розігрівається до стану плазми. За допомогою обертового магнітного поля усередині цього потоку створюється потужна напруга струмів, що приводить до утворення плазмоїда, ізольованого від стінок камери магнітним полем. Зміна градієнта магнітного поля в потужних плазмових струмах приводить до того, що плазмоїд одержує прискорення й залишає конічну камеру з величезною швидкістю, тобто виникає реактивна тяга. Тим часом у камері формується новий плазмоїд, який у свою чергу теж вистрілюється в простір.
На думку вчених, новий тип двигуна являтиме собою імпульсний пристрій, який споживає 1 кВт і видає розряд з енергією 1 Дж з частотою 1 кГц. У НАСА розробили теорію такого пристрою і його дизайн, а також довели його практичну працездатність на діючій моделі в лабораторії. Фахівцям удалося створити невеликий, лише 10 см у діаметрі, двигун, що продемонстрував надійну роботу в імпульсному режимі з енергією від 0,5 до 5 Дж.
Треба відзначити, що Джон Слау в рамках проекту Helion Energy з комерціалізації енергії термоядерного синтезу вже розробив інший проект — індуктивний прискорювач плазми, що дозволяє прискорювати плазмоїди до швидкості 600 км/с. Це набагато більше, ніж швидкість витікання робочого тіла в будь-яких інших двигунах. Застосування технології індуктивного прискорювача плазми в електромагнітному плазмоїдному двигуні має привести до створення космічного апарата з недосяжними раніше характеристиками.
ЕПД має безліч переваг, навіть у порівнянні з винайденими не дуже давно іонними двигунами. Насамперед він може використовувати як паливо великий спектр робочих тіл: кисень, аргон, гідразин або суміш газів. Це дозволяє дозаправляти апарати в космосі, а також теоретично користуватися «місцевим» паливом, наприклад, газами з атмосфери Марса. Крім усього іншого, однією з особливостей цього інноваційного двигуна є те, що він може застосовувати для своєї роботи енергію сонячних променів. За запевнянням розробників, її буде достатньо, щоб досягти найближчих до Землі планет, таких як Марс або Венера.
Тим часом
У світі розроблено кілька типів плазмових двигунів, в основу яких покладено різні технології створення плазми й управління нею.
Плазмові двигуни було винайдено в СРСР. Ще в 1971 році перший апарат, оснащений ПРД «Еол-1», успішно випробуваний у космосі.
Пізніше потужні двигуни розробили в ОКБ «Факел» — СПД-290 для космічного буксира «Геркулес», в Інституті атомної енергії — 5-мегаватний прискорювач на водні. У 1980 році спільними зусиллями ІАЕ, Харківського фізико-технічного інституту, Троїцького інституту інноваційних і термоядерних досліджень та Інституту фізики Білорусі побудований велетенський 10-гігаватний прискорювач.
Сьогодні електроракетними двигунами оснащений, приміром, американський зонд Dawn, що подорожує до астероїдів Веста й Церера, і японський апарат Hayabusa, що в 2005 році вивчав астероїд Ітокава. Правда, на цих апаратах установлені не плазмові, а іонні двигуни.
У ще одному розробленому НАСА двигуні — VASIMR — джерелом плазми є газ аргон. Однак проект електромагнітного плазмоїдного двигуна (ЕПД), запропонований Джоном Слау, за своїми характеристиками набагато перевершує всі ці розробки.
