Разрабатываемый американцами новый тип двигателя позволит уменьшить вес космических аппаратов и сделает реальными полеты к самым окраинам Солнечной системы.

В НАСА объявили победителя конкурса на разработку нового типа двигателя для космических аппаратов.

В рамках первой фазы конкурса на разработку двигательной установки прямого преобразования ядерной энергии призом в 100 тыс. долл. награжден профессор Вашингтонского университета Джон Слау, который разработал проект электромагнитного плазмоидного двигателя или как его называют в НАСА – безэлектродного двигателя на силе Лоренца (ELF).

Электромагнитный плазмоидный двигатель (ЭПД) является революционным типом электрической двигательной установки и позволяет резко сократить массу космического аппарата, а также увеличить эффективность двигателей по сравнению с традиционными системами мощностью 500–1000 Вт. ЭПД имеет высокую удельную мощность (более 700 Вт/кг) и экономичность. Он позволит совершать беспилотные полеты к самым окраинам Солнечной системы: Нептуну, Плутону и Облаку Оорта. Кроме того, новый двигатель может питаться от солнечных панелей, что дает возможность быстро преодолеть расстояние до более близких объектов, например спутников Марса или астероидов.

Рис. 1. Прототип электромагнитного плазмоидного двигателя, разработанный Пентагоном и НАСА.

Принцип работы ЭПД следующий: с помощью вращающегося магнитного поля внутри конической камеры двигателя создается мощное напряжение токов внутри потока плазмы, что приводит к образованию плазмоида, изолированного от стенок камеры магнитным полем. Изменение градиента магнитного поля в мощных плазменных токах приводит к тому, что плазмоид покидает коническую камеру с огромной скоростью – соответственно появляется реактивная тяга. По замыслу специалистов НАСА, новый тип двигателя должен представлять собой импульсное устройство, потребляющее 1 КВт и выдающее разряд с энергией 1 Дж при частоте 1 кГц. В НАСА разработали теорию и дизайн нового двигателя, а также продемонстрировали работу физических принципов его работы в лаборатории. Специалистам удалось создать небольшой, всего 10 см в диаметре, двигатель киловаттного класса, который продемонстрировал надежную работу в импульсном режиме с энергией от 0,5 до 5 Дж. ЭПД имеют массу преимуществ, даже по сравнению с высокоэффективными ионными двигателями. Прежде всего, ЭПД может использовать в качестве топлива большой спектр рабочих тел: кислород, аргон, гидразин или смесь газов. Это позволяет производить дозаправку аппаратов в космосе, а также, теоретически, пользоваться «местным» топливом, например газами из атмосферы Марса. ЭПД не только увеличит скорость и энергетические возможности космических аппаратов, он также может стать вторым двигателем гиперзвуковых самолетов. Они могли бы выходить на околоземную орбиту на прямоточных воздушно-реактивных двигателях, а уже в космосе – передвигаться с помощью легких и компактных ЭПД.

Рис. 2. Принцип работы безэлектродного двигателя на силе Лоренца.

В ходе второй фазы конкурса американское космическое агентство планирует испытать реальный прототип ЭПД со следующими характеристиками: вес 1,5 кг, мощность от 200–1000 Вт при 50–80 мН тяги и 1,5–4 тыс. секундах удельного импульса (в современных ионных двигателях около 3 тыс.).

Надо отметить, что Джон Слау в рамках проекта Helion Energy по коммерциализации энергии термоядерного синтеза разработал индуктивный ускоритель плазмы, который позволяет ускорять плазмоиды до скорости 600 км/с, что гораздо больше, чем скорость их внутреннего теплового движения.