Советское наследие в плазме. В России испытывают новый ракетный двигатель
СССР был первопроходцем в разработке таких установок. Позже они стали неотъемлемой частью космических технологий, и теперь без них невозможна нормальная работа спутников и аппаратов, исследующих планеты и астероиды.
Когда-то у нашей страны была огромная фора в производстве плазменных ракетных двигателей. В наши дни, когда их устанавливают в том числе на спутники, обеспечивающие высокоскоростной широкополосный доступ в интернет, имеет смысл вспомнить о былом лидерстве и вернуть его.
Была VERA, теперь — LENA
Как сообщает Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», в Институте ЛаПлаз, входящем в его структуру, начались огневые испытания первого прототипа нового плазменного ракетного двигателя LENA. Он будет на порядок мощнее существующих сегодня двигателей и спроектирован для применения на микроспутниках — космических аппаратах массой от 10 до 100 килограмм.
До этого учёные и инженеры разрабатывали двигательную установку VERA, предназначенную для наноспутников (масса — от 1 до 10 килограмм). У нового движка будет больше не только мощность, но и тяга, запас рабочего тела, удельный импульс.
«В двигателях подобного типа плазма ускоряется вдоль электродов за счёт взаимодействия протекающего через неё тока с магнитным полем. В традиционных двигателях магнитное поле создаётся исключительно только током, протекающим через электроды и плазму. Новизна разработки LENA в том, что в нашем двигателе есть магнитная система, создающая дополнительное поле, что повышает эффективность разгона», — сообщил aif.ru старший преподаватель кафедры «Физика плазмы» Института ЛаПлаз Игорь Егоров, возглавляющий лабораторию «Плазменные ионные ракетные двигатели».
По его словам, в перспективе этот двигатель может быть установлен в системах ориентации более крупных космических аппаратов, массой до тонны.
На международном рынке произвели фурор
Но зачем в космосе вообще нужны плазменные ракетные двигатели? Дело в том, что они помогают космическим аппаратам удерживать правильную ориентацию — направлять антенны на Землю, а солнечные батареи — на Солнце. В космосе не на что опереться, чтобы совершить поворот, поэтому ориентация — не такая уж простая задача. Тут-то на помощь и приходят плазменные двигатели: вырывающиеся из них струи газа создают вращающий момент.
Также они помогают корректировать орбиты спутников. Взять хоть геостационарные спутники, благодаря которым мы смотрим телевизор. Они всегда должны висеть над одной точкой поверхности Земли, но гравитация Солнца и Луны всё время пытается сдвинуть их в сторону. Поэтому на спутниках приходится включать двигатели, чтобы они оставались на месте.
Ещё на заре космонавтики были понятны преимущества плазменных двигателей перед традиционными, работающими на химическом топливе. Главное — они позволяют уменьшить массу космического аппарата, значительно продлить срок его жизни и увеличить полезную нагрузку.
«30 ноября 1964 года Советский Союз запустил в направлении Марса межпланетную станцию «Зонд-2», на ней была установлена экспериментальная система ориентации на основе плазменных двигателей. Эта система отработала идеально, что стало первым в истории применением таких двигателей в космосе, — рассказывает Игорь Егоров. — СССР начал использовать их на своих спутниках, а после распада страны уже российские стационарные плазменные двигатели (СПД) стали доступны на международном рынке, где они произвели настоящий фурор. Вскоре они стали мировым стандартом. Благодаря им удалось исследовать астероиды и карликовые планеты».
Могли опередить Илона Маска
«По производству электроракетных двигателей наша страна когда-то опережала весь мир примерно на 30 лет, — говорил в интервью aif.ru ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Натан Эйсмонт. — Их серийное производство было налажено на ОКБ "Факел" в Калининграде, в других странах таких разработок в те годы не было. Достаточно сказать, что Европейское космическое агентство для запуска своих аппаратов к другим планетам и к Луне закупало продукцию ОКБ "Факел". Сейчас спутники Илона Маска Starlink тоже летают на электроракетных двигателях, где используется криптон. Российские работают на ксеноне, но особой разницы нет».
По словам Натана Эйсмонта, электроракетные двигатели (а плазменные являются их разновидностью) в других странах мира появились лишь в последние десятилетия. Поэтому Россия вполне могла создать орбитальные группировки наподобие Starlink, обеспечивающие высокоскоростной широкополосный доступ в интернет, раньше других и сейчас иметь преимущество в этой сфере. Но для этого надо было вовремя разглядеть перспективу таких аппаратов, а вот с этим у нас напряжёнка.
Тем не менее сейчас в России ведутся продвинутые разработки электроракетных двигателей: их серийно выпускает всё то же калининградское ОКБ «Факел», а ионные двигатели делают в ГНЦ «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша». Кроме того, в НИЦ «Курчатовский институт» ведутся работы по безэлектродному плазменному ракетному двигателю.
Наконец, благодаря молодым командам учёных и инженеров, подобно той, что сейчас проводит испытания в Институте ЛаПлаз МИФИ, у нас есть надежда, что лидерство в этих технологиях останется за Россией.