Используя традиционные химические ракеты, поездка на Марс - как можно быстрее - длится 6 месяцев. Компания Ad Astra Rocket провела испытания плазменной ракеты, названной двигателем VASIMR VX-200, которая работала в вакуумной камере на 201 киловатт, впервые пройдя отметку в 200 киловатт. «Сейчас это самая мощная плазменная ракета в мире», - говорит Франклин Чанг-Диас, бывший астронавт НАСА и генеральный директор Ad Astra. Компания также подписала соглашение с НАСА об испытании 200-киловаттного двигателя VASIMR на Международной космической станции в 2013 году.
Испытания на МКС позволили бы периодически увеличивать космическую станцию, которая постепенно понижается по высоте из-за атмосферного сопротивления. Повышение МКС в настоящее время обеспечивается космическими аппаратами с обычными двигателями, которые потребляют около 7,5 тонн топлива в год. По оценкам Чанг-Диаза, сократив это количество до 0,3 тонны, VASIMR может сэкономить НАСА миллионы долларов в год.
Испытания на прошлой неделе впервые продемонстрировали на полную мощность небольшой прототип ракетного двигателя компании VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket).
Плазменные или ионные двигатели используют радиоволны для нагрева газов, таких как водород, аргон и неон, создавая горячую плазму. Магнитные поля выталкивают заряженную плазму из задней части двигателя, создавая тягу в противоположном направлении.
Они обеспечивают гораздо меньшую тягу в данный момент, чем химические ракеты, что означает, что они не могут самостоятельно освободиться от гравитации Земли. Кроме того, ионные двигатели работают только в вакууме. Но, оказавшись в космосе, они могут давать непрерывный толчок в течение многих лет, например, ветер, толкающий парусник, постепенно ускоряясь, пока транспортное средство не движется быстрее, чем химические ракеты. Они производят только фунт тяги, но в космосе этого достаточно, чтобы переместить 2 тонны груза.
Из-за высокой возможной скорости требуется меньше топлива, чем в обычных двигателях.
В настоящее время космический корабль Dawn на пути к астероидам Церера и Веста использует ионную тягу, которая позволит ему вращаться вокруг Весты, а затем покинуть ее и направиться к Церере. Это невозможно с обычными ракетами. Кроме того, в космосе ионные двигатели имеют скорость, в десять раз превышающую скорость химических ракет.
Тяга ракеты измеряется в ньютонах (1 ньютон составляет около 1/4 фунта). Удельный импульс - это способ описания эффективности ракетных двигателей, который измеряется во времени (секундах). Он представляет собой импульс (изменение импульса) на единицу топлива. Чем выше удельный импульс, тем меньше топлива требуется для получения заданного количества импульса.
Двигатели Dawn имеют удельный импульс 3100 секунд и тягу 90 мНьютонов. Химическая ракета на космическом корабле может иметь тягу до 500 Ньютонов и удельный импульс менее 1000 секунд.
VASIMR имеет 4 Ньютона тяги (0,9 фунта) с удельным импульсом около 6000 секунд.
VASIMR имеет две дополнительные важные особенности, которые отличают его от других плазменных движителей. Он имеет возможность изменять параметры выхлопа (тяги и удельного импульса) для оптимального соответствия требованиям миссии. Это приводит к наименьшему времени в пути с наибольшей полезной нагрузкой для данной топливной нагрузки.
Кроме того, VASIMR не имеет физических электродов, контактирующих с плазмой, что продлевает срок службы двигателя и обеспечивает более высокую удельную мощность, чем в других конструкциях.
Чтобы совершить поездку на Марс за 39 дней, ионный двигатель VASIMR мощностью от 10 до 20 мегаватт должен быть соединен с ядерной энергией, чтобы значительно сократить время прохождения человеком между планетами. Чем короче путешествие, тем меньше времени астронавты будут подвергаться воздействию космической радиации и микрогравитационной обстановке, которые являются существенными препятствиями для полетов на Марс.
Двигатель будет работать, непрерывно стреляя в течение первой половины полета, чтобы ускориться, а затем вращаться, чтобы замедлить космический корабль во второй половине. Кроме того, VASIMR может разрешить прерывание полета на Землю, если возникнут проблемы на ранних этапах миссии, что недоступно для обычных двигателей.
VASIMR также может быть адаптирован для обработки больших грузов роботизированных миссий и для выполнения грузовых миссий с очень большой массовой долей полезной нагрузки. Время срабатывания и масса полезного груза являются основными ограничениями обычных и ядерных тепловых ракет из-за их низкого удельного импульса.
Чанг-Диаз работает над разработкой концепции VASIMR с 1979 года, а в 2005 году основал Ad Astra для дальнейшей разработки проекта.
Источник: PhysOrg
