Инженеры впервые разработали действующий прототип солнечно-теплового ракетного двигателя, начиная с момента его появления как концепции. Эта установка, предназначенная для демонстрации принципиальной возможности, подтверждает возможность реализации данной идеи на практике.
Журналисты первыми получили доступ к экспериментальной установке, расположенной в штате Мэрилэнд посетили сотрудники издания Wired. Инженеры Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса создали прототип ( JHUAPL – Прикладная лаборатория физики Университета Джонса Хопкинса ). По словам очевидцев, устройство не вызывает особенного восхищения — выглядит вполне обычно ISO-контейнер, расположенный на заднем дворе кампуса. Внутри находится большое количество светодиодов, получивших название «солнечный симулятор».
Рядом расположена черно-белая плитка, по которой циркулирует сжиженный гелий. Газ проходит через змеевик и выходит из небольшого сопла. При активации «симулятора солнца» плитка подвергается воздействию света, интенсивность которого в 20 раз превышает излучение нашей звезды (данные о расстоянии не предоставлены). Полученное излучение преобразуется в тепло, которое передается гелию, а тот, в свою очередь, формирует реактивную тягу.
Несмотря на кажущуюся простоту, подобную конструкцию тестируют на предмет работоспособности впервые. В ней пока отсутствуют элементы, пригодные для использования в настоящем межпланетном зонде, но сам принцип действия соответствует задуманному. Под воздействием света нагревается специальный экран, тепло передается газу, газ совершает работу в реактивном сопле. Задача эксперимента заключается в том, чтобы убедиться в целесообразности и эффективности данной установки, которая, как ожидается, превзойдет метод простого испарения гелия.
Пока ученые из JHUAPL не называют никаких конкретных цифр, лишь итог — система сработала. Более подробные результаты будут опубликованы в 2021 году. На конец следующего года запланировано подведение итогов декады гелиофизических исследований в Национальной академии наук, инженерии и медицины США. Демонстратор солнечно-теплового реактивного двигателя разрабатывался по заказу NASA в рамках предварительной проработки проекта межзвездного исследовательского зонда.
Лишь два космических аппарата за время изучения космоса смогли добраться до границ Солнечной системы. И это происходило в рамках дополнительных программ, а сам факт достижения этих границ вызывает сомнения. Сложно однозначно определить, где заканчивается наша звездная система, опираясь на данные зондов, запущенных более 43 года назад. Особенно, если эти данные приводят к необходимости пересмотра некоторых положений относительно структуры Солнечной системы.
В любом случае, космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» были созданы для изучения отдаленных планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. На данный момент они функционируют в космосе почти пятьдесят лет, и их радиоизотопные источники энергии и тепла больше не могут обеспечивать питание научного оборудования. Кроме того, для достижения внешних границ Солнечной системы им потребовалось около тридцати лет. Разрабатываемые в будущем зонды для исследования этих регионов должны обладать значительно большей скоростью.
Для достижения значительной скорости может быть использован водородный солнечный тепловой реактивный двигатель. Этот вариант хорошо сочетается с гравитационным маневром, выполняемым у звезды. Пролетая на высоте всего 1,6 миллиона километров над солнечной короной, межзвездный зонд получит необходимое тепло для испарения водорода и создания тяги, а также дополнительный импульс благодаря эффекту Оберта. Это обеспечит требуемое увеличение скорости, необходимое для выполнения миссии – с 48 до 320 тысяч километров в час.
В теории задача кажется решаемой. Остается найти способ решить вопрос с тепловым экраном, которому предстоит противостоять температуре, достигающей почти 2,5 тысячи градусов. Позитивным моментом является то, что максимальное сближение займет всего два с половиной часа. Негативным же фактором является водород, который при высоких температурах может вступать в нежелательные реакции с большинством материалов. Специалисты из Университета Джона Хопкинса разработали теоретические решения для преодоления большинства трудностей и в настоящее время занимаются их практической отработкой.
Впервые концепция ракетного двигателя, использующего энергию солнечного тепла, была предложена еще в 1956 году. По заказу Лаборатории ракетного движения ВВС США ( Лаборатория ракетного двигателестроения ВВС, AFRPL ) даже были проведены расчеты и наземные испытания материалов, которые потребуются для создания такой установки. Однако только сейчас достигнут достаточный прогресс, чтобы обеспечить успех подобных экспериментов. На практике, созданные в JHUAPL решения будут проверены, в том числе, когда зонд «Паркер» сблизится с Солнцем в 2024 году. Этот аппарат во время своей работы окажется на расстоянии всего в четыре раза большем, чем придется «пережить» межзвездному зонду.