Новая ракетная технология могла бы сократить время полета к Марсу
Опубликовано в Spaceflight Now 14 июня 2000 г.
Соглашение о сотрудничестве в развитии передовой ракетной технологии, которая могла бы вдвое сократить время полета к Марсу, позволив начать исследования Солнечной системы человеком в следующем десятилетии, было подписано между Космическим центром им. Джонсона NASA в Хьюстоне, штат Техас, и компанией MSE Technology Applications Inc. в Butte, Массачусетс.
Такая технология могла бы снизить общую дозу радиации, которую получили бы астронавты, и уменьшить время, проведенное в невесомости, что могло бы минимизировать потерю костной и мышечной массы и изменения в кровеносной системе.
 1 - радиочастотный усилитель (RF Amplifier) 2 - направляющий разветвитель (Directional Coupler) 3 - коробка зажигания (Match Box) 4 - спиральная антенна (Helicon Antenna) 5 - антенна ионно-циклотронно-резонансной частоты (ICRF Antenna) Схема системы. Фото: NASA |
Эта технология, названная магнитоплазменной ракетой с переменным удельным импульсом (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket - VASIMR), разрабатывается в Джонсоновской лаборатории перспективных космических двигателей (Johnson's Advanced Space Propulsion Laboratory). Директором лаборатории является Franklin Chang-Diaz, астронавт NASA, получивший докторскую степень по прикладной физике плазмы и технологии термоядерного синтеза в Массачусетском технологическом институте в Кембридже.
Chang-Diaz начал работать над плазменной ракетой в 1979 году. Эту ракету, позволяющую развивать большую мощность и скорость, он считает предшественницей термоядерных ракет.
Плазма, которую иногда называют четвертым состоянием вещества, является ионизированным (электрически заряженным) газом, состоящим из атомов, лишенных некоторых из своих электронов. Из плазмы сделаны звезды. Это газ, нагретый до чрезвычайно высоких температур в миллионы градусов. Ни один из известных материалов не мог бы выдержать таких температур. К счастью, плазма является хорошим электрическим проводником. Это свойство позволяет удерживать ее, управлять ей и ускорять ее с помощью правильно созданных магнитных полей.
Двигатель VASIMR состоит из трех связанных магнитных отсеков (камер). В переднем отсеке осуществляется подача газообразного топлива и его ионизация. Центральный отсек действует как усилитель для дальнейшего разогрева плазмы, Последний отсек представляет собой магнитное сопло, преобразующее энергию газа в направленный поток.
Нейтральный газ, обычно водород, подается в передний отсек и ионизируется. Образующаяся плазма разогревается электромагнитным полем в центральной камере посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. В ходе этого процесса радиоволны передают свою энергию плазме, нагревая ее, подобно тому, как это происходит в микроволновой печи.
После нагревания плазма направляется магнитным полем в последний отсек для создания модулированной тяги. Последний отсек - это магнитное сопло, преобразующее энергию плазмы в скорость истечения струи, обеспечивающее при этом защиту конструкции и эффективный выход плазмы из магнитного поля.
 Летный эксперимент. Фото: NASA |
Ключевым моментом в технологии является возможность изменять, или модулировать, истечение плазмы для поддержания оптимальной двигательной эффективности. Это похоже на автомобильную трансмиссию, которая дает возможность наилучшего использования мощности двигателя, в зависимости от движения по автостраде или по пересеченной местности.
В экспедиции к Марсу такая ракета непрерывно ускорялась бы во время первой половины полета, а затем изменяла бы положение и замедлялась бы во второй половине. Полет мог бы занять немногим более трех месяцев. Экспедиция с использованием обычных химических двигателей заняла бы от семи до восьми месяцев.
Существует также потенциал для применения этой технологии в коммерческом секторе. Плазменная ракета с переменным выхлопом обеспечила бы важную операционную гибкость при выводе спутников на орбиту Земли.
В рамках общей концепции разрабатывается ряд новых технологий, сказал Chang-Diaz. Они включают магниты, становящиеся сверхпроводимыми при космических температурах, компактное оборудование для генерации энергии, компактные и надежные радиочастотные системы для создания и разогрева плазмы.
Координируемое Джонсоновским Офисом передачи технологий и коммерциализации, соглашение предусматривает совместные усилия по разработке передовых двигательных технологий без передачи денег между двумя партнерами. Такие соглашения являются частью продолжающихся усилий NASA по переводу значимых общественных исследований и разработок в частный сектор.
Перевод: V.B.
От редактора. На странице http://spaceflight.nasa.gov/mars/reference/ я обнаружил несколько ссылок на документы (в формате PDF), посвященные VASIMR. В частности, в статье "Физика и конструкция двигателя VASIMR" (авторы - F.R.Chang Diaz и др.), представленной на научной конференции в июле 2000 года, сказано следующее.
Исследования по двигателю VASIMR начались в конце 1970-х годов на базе разработок в области технологии управляемого термоядерного синтеза. Это одна из концепций перспективных ракетных двигателей, использующих плазму. В качестве других, находящихся на различных стадиях разработки и испытаний, названы: двигатель на эффекте Холла (Hall Effect thruster), двигатель на ионной решетке (Gridded Ion Engine), ускоритель на силе Лоренца (Lorentz Force Accelerator).Обладающий большой мощностью двигатель VASIMR имеет важную особенность: способность изменения тяги и удельного импульса при постоянной мощности. Эта техника получила название "дросселирование постоянной мощности" (constant power throttling - CPT). При этом увеличение скорости истечения струи всегда происходит за счет тяги, и наоборот. Хотя CPT не приводит к уменьшению использования топлива, оно дает максимально возможную скорость при заданном количестве топлива. Это важно для межпланетных пилотируемых экспедиций, так как уменьшаются вредные физиологические воздействия на членов экипажа, вызванные продолжительным влиянием микрогравитации, изоляции и радиации. Кроме того, двигатель VASIMR значительно повышает маневренность корабля вблизи планет при использовании режима максимальной тяги.
