http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=3a219b73-7637-4830-9151-bb91e6181b54&print=1© 2024 Российская академия наук
В МГТУ имени Баумана разработан двигатель для межпланетных перелетов, работающий на относительно дешевом топливе
В центре «Ионно-плазменных технологий» МГТУ имени Баумана на кафедре плазменных энергетических установок разработали космический двигатель для межпланетных перелетов. Вместо привычного для плазменных двигателей ксенона, который стоит миллионы рублей, предлагают использовать дешевый аргон: расходы на топливо снижаются в 900 раз.
— Для длительных операций, например для полета к Марсу, особенно с большим грузом, лучше такого двигателя не придумаешь. Его главное преимущество — стоимость. Ксенон дороже аргона в 870 раз. Поэтому переход на аргон очень полезный — можно обеспечить длительную работу двигателей, — объясняет заведующий кафедрой плазменных энергетических установок, профессор МГТУ, доктор технических наук Михаил Маратханов.
Научно-исследовательская работа выполнена по заказу Минобрнауки, финансирование составило 1,5–2 млн рублей, сказал заместитель заведующего кафедрой Дмитрий Духопельников. Кафедра плазменных энергетических установок МГТУ имени Баумана с 1960-х годов занимается разработками двигателей для спутников. В основе всех современных двигателей, работающих в космосе, лежат научные открытия выпускников кафедры, гордятся в центре «Ионно-плазменных технологий» МГТУ имени Баумана.
Альтернативы плазме в космосе нет — такой двигатель может обеспечить небольшие, но точные усилия, не требует большого количества топлива, дает возможность перевести без существенных потерь электрическую энергию с солнечных батарей в кинетическую энергию. В США, Европе и России есть разные модификации плазменных двигателей, но, несколько упрощая, можно сказать, что все они устроены по одному принципу: газ ионизируется, ионы разгоняются до огромных скоростей и, вылетая из сопла, обеспечивают необходимую тягу и импульс. Параметры работы такого двигателя можно тонко регулировать — идеальный вариант в условиях космоса, где для коррекции орбиты нужны очень точные усилия.
Но во всех этих двигателях существует проблема с затратами на космическое топливо: 40 л ксенона стоит порядка 2 млн рублей. Для спутника нужны тонны этого инертного газа, а на длительную экспедицию тяжелого космического аппарата ксенона не напасешься, говорят на кафедре МГТУ.
Попытки перевести плазменные двигатели на аргон предпринимались и раньше, но не были успешными — двигатель заметно терял мощность из-за того, что атомная масса аргона меньше массы ксенона, и поток частиц не удавалось сфокусировать. В МГТУ имени Баумана говорят, что решили эту проблему.
— Работая над другим проектом с плазмой, мы обнаружили эффект поворота ионов: их поток закручивается в поперечном магнитном поле. Именно за счет этого поворота и происходит потеря тяги. Чем больше молекулярная масса иона, тем меньше закрутка. Как выяснилось, ионы закручиваются, то есть рассеиваются, по геометрическому принципу — по тому же, по которому построена телевизионная башня Шухова на Шабаловке, то есть при повороте прямых линий, расположенных между двумя кольцами, они образуют своего рода талию. То же самое происходит с ионами, вылетающими из кольцевого канала: они не летят в стороны, они закручиваются. С помощью хитрой конфигурации магнитных полей мы научились раскручивать ионы в обратную сторону, фокусировать их, следовательно, тяга двигателя увеличилась, — объясняет Духопельников.
Эксперты заинтересовались проектом и говорят, что хотят его внимательно изучить.
— У нас действительно есть приоритет в разработке такого типа ионных двигателей — мы занимаемся этим со времен Советского Союза. А магнитным полем как раз активно пользуются для ионной фокусировки. Но это задачка из учебников для физических институтов. Поэтому важно изучить детали предложенного решения, — говорит специалист в области экспериментального изучения низкотемпературной плазмы с частицами дисперсной фазы доктор физико-математических наук Олег Петров.
Его коллега из лаборатории диагностики низкотемпературной плазмы и из Объединенного института высоких температур РАН Владимир Молотков говорит, что задача сфокусировать плазму в пучок не представляет большой сложности — это вопрос технологии, а не науки. Только апробация такого устройства может доказать эффективность изобретения.
Заказчиком дальнейших исследований должен выступить Роскосмос, надеются в МГТУ, называя в числе потенциальных производителей таких двигателей КБ «Факел» и ОАО «Информационные спутниковые системы имени Решетнёва» (ИСС), которые занимаются производством и экспериментами с плазменными двигателями. Но пока перспективы туманны: в «Факеле» «Известиям» заявили, что ничего о проекте не слышали, а в ИСС с проектом знакомы, но сомневаются в его эффективности.
— Проблема в том, что использование аргона дает не оптимальный баковый коэффициент, то есть баки получаются тяжелые. Иными словами, повышаются расходы на ионизацию и КПД двигательной установки становится хуже. Предложение, мягко говоря, неактуальное, — сказал сотрудник компании, попросивший не указывать его фамилию.
Ученые уже несколько раз заявляли о значительном совершенствовании двигателей для спутников. Одним из самых успешных проектов в этом направлении считается американский электромагнитный ускоритель VASIMR. В 2014 году намечены испытания этого двигателя на МКС. Пока именно VASIMR считается основным претендентом для установки на спутники, которые будут совершать межпланетные экспедиции.