Шестьдесят лет попыток. НАСА впервые запустила плазменный двигатель, который довезёт людей до Марса

Полет на Марс давно упирается не только в ракеты, но и в двигатель, который сможет долго и экономно разгонять тяжелый корабль в глубоком космосе. Теперь у NASA появился заметный повод для осторожного оптимизма. В Лаборатории реактивного движения JPL в Калифорнии инженеры впервые за многие годы провели в США испытание электромагнитного двигателя на парах металлического лития, причем сразу на рекордной для страны мощности.

Команда JPL запустила прототип литиевого магнитоплазмодинамического двигателя, или MPD-двигателя. Во время серии из пяти включений установка вышла на мощность до 120 киловатт. Такой показатель превысил мощность всех электрических двигателей, которые сегодня работают на действующих аппаратах агентства. Полученные данные помогут подготовить следующую серию испытаний и понять, как масштабировать конструкцию дальше.

Глава NASA Джаред Айзекман заявил, что агентство не теряет из виду пилотируемый полет на Марс, а успешный тест показывает реальный прогресс на пути к высадке американского астронавта на Красную планету. По словам Айзекмана, электрическая двигательная установка в США еще никогда не работала на столь высокой мощности. Испытательный стенд смог довести показатель до 120 киловатт, и NASA собирается продолжать вложения в разработки такого класса.

Электрическая тяга давно считается одним из самых перспективных вариантов для дальних миссий. В отличие от химических ракет, электрические двигатели расходуют гораздо меньше рабочего тела, экономия может достигать 90 процентов. Вместо мощного короткого толчка такие установки создают слабую, но постоянную тягу и постепенно разгоняют аппарат до очень высоких скоростей. Именно по такому принципу работает, например, миссия Psyche. Ее двигатели сейчас считаются самыми мощными среди всех электрических установок на действующих аппаратах NASA, но новый прототип JPL уже превзошел уровень Psyche более чем в 25 раз.

Главное отличие MPD-двигателя от привычных электрических систем связано с принципом работы. Обычные установки используют электричество, чтобы ускорять ионы газа. Литиевый MPD-двигатель разгоняет плазму электромагнитным способом: сильный ток взаимодействует с магнитным полем и выбрасывает плазменный поток наружу. Концепцию исследуют еще с 1960-х годов, но до реальной эксплуатации в космосе технология так и не дошла.

Испытания прошли в электрической лаборатории JPL, где находится уникальная вакуумная установка для безопасной работы с конденсируемыми металлическими пропеллентами. Во время теста вольфрамовый электрод в центре двигателя раскалялся добела и нагревался выше 5000 градусов по Фаренгейту, или примерно до 2800 градусов Цельсия. Руководитель работ, старший научный сотрудник JPL Джеймс Полк, наблюдал за запуском через небольшое окно 8-метровой вакуумной камеры с водяным охлаждением. Внутри камеры двигатель вспыхивал ярким светом, а из сопла вырывался насыщенно-красный факел.

Для Полка испытание стало особенно важным моментом. Исследователь занимается литиевыми MPD-двигателями уже десятилетия и раньше работал над миссией Dawn, а также над Deep Space 1, первым проектом NASA, показавшим работу электрической тяги за пределами околоземной орбиты. По словам Полка, многолетняя работа по проектированию и сборке установки наконец привела к первому полноценному тесту, который подтвердил работоспособность двигателя и целевой уровень мощности.

Следующая цель куда амбициознее. Команда JPL рассчитывает в ближайшие годы вывести один двигатель на уровень от 500 киловатт до 1 мегаватта. Здесь возникает уже не столько вопрос запуска, сколько вопрос выносливости материалов. При таких температурах инженерам нужно доказать, что узлы двигателя выдержат многие часы непрерывной работы без разрушения. Для пилотируемой экспедиции на Марс, по оценкам NASA, может понадобиться от 2 до 4 мегаватт мощности. Такой корабль, вероятно, придется оснащать сразу несколькими MPD-двигателями, а суммарное время их работы превысит 23 тысячи часов.

Если технология дойдет до зрелой стадии и получит ядерный источник энергии, преимущества окажутся очень серьезными. Литиевые MPD-двигатели могут сочетать высокую мощность, экономный расход рабочего тела и более заметную тягу, чем нынешние космические электрические системы. В практическом плане такой набор обещает снизить стартовую массу межпланетного корабля и упростить доставку полезной нагрузки, необходимой для пилотируемой миссии на Марс. Пока речь идет лишь о прототипе и первых испытаниях, но для проекта такого масштаба даже один удачный запуск уже выглядит как важный шаг вперед.