До Марса за 60 дней: каким будет российский плазменный двигатель

В Троицке изготовили прототип плазменного ракетного двигателя беспрецедентной мощности и готовят его к ресурсным испытаниям. Корреспондентка «СР» побывала на площадке, где собирают стенд для экспериментов.

Проверка на надежность

К разработке плазменного реактивного двигателя нового поколения троицкий НИИ приступил в 2021 году. Параллельно Исследовательский центр им. Келдыша, структура «Роскосмоса», занимался проектами холловского и ионного двигателей. И вот прототипы готовы и ждут ресурсных испытаний. Для этого строят огромный экспериментальный стенд. Его главный элемент — 150‑кубометровая вакуумная камера для имитации условий космического пространства. Оборудование уникальное, изготовлено в России.

Блоки питания для стенда уже на площадке, со дня на день ожидаются вакуумные насосы. К концу года стенд будет полностью собран. Что здесь зачем, мне показывает Алексей Воронов, первый заместитель гендиректора троицкого института по науке: «Нам нужно создать динамический вакуум, для этого мы подключим к камере высокопроизводительные насосы, которые будут откачивать выбрасываемое двигателем рабочее тело — ​водород. А реактивный двигатель мы подсоединим к торцу камеры». Измерительные системы в камере определят параметры плазменного потока и другие важные характеристики.

Геометрия против эрозии

Алексей Воронов объясняет принцип работы плазменного реактивного двигателя: «У него два электрода — ​катод и анод. Между ними создается напряжение и подается газ. Напряжение его пробивает, газ ионизируется и становится плазмой. Магнитным полем плазма ускоряется, и возникает тяга».

Плазма — ​агрессивная среда, она вызывает эрозию. Ученые долго экспериментировали с электродами, чтобы повысить их ресурс. «Один прототип двигателя был с электродами разборными, из пластин, — ​приводит пример Алексей Воронов. — ​После испытаний мы измеряли массу пластин и считали, сколько материала уносит плазма. В результате мы добились оптимальной геометрии электродов, которая дает нужный ресурс».

В Троицке мне показали два прототипа плазменного двигателя, на вид абсолютно разные. «С первой версией мы работали в режиме одиночных импульсов. Вторая рассчитана на работу в импульсно-периодическом режиме с высокой средней мощностью, — ​подтверждает мои наблюдения Константин Гуторов, научный консультант проекта. — ​Также новый прототип оснащен системой активного охлаждения». Пока стенд для ресурсных испытаний собирают, ученые хотят посмотреть, как второй прототип работает на разных газах, и оптимизировать систему предварительной ионизации.

Опередить время

После ресурсных испытаний нужно переходить к строительству летного прототипа и вибрационным испытаниям. «Ракета вибрирует при запуске, надо проверить, будет ли наш двигатель работать после таких перегрузок, — ​говорит Алексей Воронов. — ​У нас стенда для таких экспериментов нет, но он есть у «Роскосмоса». На следующем этапе будем уже более плотно с коллегами взаимодействовать».

Ракете с мощным плазменным двигателем понадобится соответствующий источник энергии — ​например, ядерной. Разработки в этой области в России идут. «Зачастую то, что создают ученые, опережает время, — ​замечает Алексей Воронов. — ​Может оказаться, что для двигателя такой мощности пока нет задачи в космосе. Но я полагаю, что подобная миссия — ​вопрос ближайшего будущего. Человечество грезит пилотируемой экспедицией на Марс. Проблема в том, что на химическом двигателе полет займет 500 дней. У электрического предел скорости выше, космический аппарат можно разогнать до существенно большей скорости и долететь дней за шестьдесят».

Работа выполнена в рамках Комплексной программы развития атомной науки, техники и технологий в России, которая с этого года стала частью национального проекта технологического лидерства «Новые атомные и энергетические технологии».

Характеристики прототипа плазменного ракетного двигателя

Мощность 300 кВт
Максимальный удельный импульс 100 км/c
КПД > 80 %