Агентство NASA провело успешные испытания инновационного плазменного электрического двигателя, работающего на литиевом топливе и предназначенного для будущих пилотируемых полетов к Марсу. В ходе первых тестов прототип достиг мощности в 120 киловатт, что является беспрецедентным результатом для систем такого типа. Этот параметр существенно выше, чем у электрических двигателей, применяемых в настоящее время на космических аппаратах NASA.
Электрические двигатели представляются весьма многообещающим решением для организации полётов в дальний космос, поскольку они демонстрируют существенно меньший расход топлива, чем классические химические ракетные двигатели. По мнению специалистов NASA, их использование позволяет сократить потребление рабочего вещества на 90 процентов и более. Вместо кратковременных, но интенсивных толчков, они обеспечивают непрерывное, пусть и умеренное, ускорение, что позволяет космическим аппаратам постепенно, но уверенно достигать значительных скоростей во время длительных межпланетных путешествий.
По мнению специалистов NASA, объединение электрической и ядерной тяги способно значительно уменьшить вес космических аппаратов при запуске и позволит доставлять на Марс крупные грузы, которые потребуются для длительных пилотируемых миссий.
Электрические двигатели аналогичного типа уже используются в миссии NASA Psyche. Космический аппарат, стартовавший в октябре 2023 года с целью исследования металлического астероида Психея, оборудован самыми мощными электрическими двигателями, разработанными агентством на текущий момент. По оценкам NASA, в будущем такая система позволит разогнать аппарат до скорости примерно 200 тысяч километров в час.
Разрабатываемая технология принадлежит к классу магнитоплазмодинамических двигателей, известных также как MPD-двигатели или ускорители Лоренца. Эти системы применяют электромагнитную энергию, образующуюся в результате взаимодействия электрического тока и магнитного поля, для ускорения плазмы и обеспечения тяги. Хотя исследования в этой области ведутся с 1960-х годов, до сих пор она не использовалась в настоящих космических полётах.
В апреле инженеры Лаборатории реактивного движения NASA осуществили испытания первого прототипа двигателя MPD, использующего пары металлического лития. Новая установка предполагает ионизацию лития и преобразование его в плазму, которая затем разгоняется до очень высоких скоростей. Администратор NASA Джаред Айзекман подчеркнул, что агентство продолжает развивать ряд космических проектов одновременно, сохраняя приоритетную задачу – доставку американских астронавтов на Марс. По его словам, удачные испытания двигателя свидетельствуют о существенном продвижении в этом направлении.
В процессе тестирования двигатель был запущен пять раз. Во время работы вольфрамовый электрод демонстрировал интенсивное белое свечение, а температура системы достигала 2800 градусов Цельсия и выше. Испытания проводились на уникальном стенде CoMeT, расположенном в Лаборатории реактивного движения NASA – специализированной вакуумной установке, созданной для безопасной проверки электрических двигателей, применяющих металлические пары в качестве рабочего тела. Стенд включает восьмиметровую вакуумную камеру с водяным охлаждением, предназначенную для работы с плазменными потоками, обладающими мегаваттной мощностью.
В процессе тестирования двигатель продемонстрировал мощность в 120 киловатт, что в 25 раз больше, чем у силовых установок миссии Psyche. Джеймс Полк, руководитель проекта, сообщил, что последние два года команда была сосредоточена на разработке и сборке установки для проведения этого первого испытания. Он также отметил, что исследователям удалось не только убедиться в исправности двигателя, но и достичь запланированных значений мощности, а также подтвердить надёжность испытательной платформы для последующего расширения использования данной технологии.
В будущем NASA планирует повысить мощность каждого двигателя в пределах от 500 киловатт до 1 мегаватта. Для осуществления пилотируемой миссии на Марс потребуется совокупная мощность в диапазоне от 2 до 4 мегаватт, что подразумевает непрерывную работу нескольких MPD-двигателей в течение более чем 23 тысяч часов. Ключевой задачей для специалистов по-прежнему является разработка материалов, способных противостоять продолжительной работе в условиях экстремальных температур и значительных нагрузок.