На чому будуть літати космічні кораблі майбутнього
Хоча сучасні ракетні двигуни справляються з виведенням техніки на орбіту, вони не можуть забезпечити тривалі космічні польоти на далекі планети. Тому вже багато років учені працюють над створенням альтернативних установок, які могли б розганяти кораблі до рекордних швидкостей.
Днями фізики в Каліфорнійському університеті в Санта-Барбарі почали роботу над проектом потужного лазерного комплексу, здатного доставити космічний корабель на Марс всього за кілька днів. На проведення попередніх оцінок проекту DEEP-IN (Directed Energy Propulsion for Interstellar Exploration - Рухова установка на спрямованої енергії для міжзоряних досліджень), вчені отримали грант на $100 тис. Гроші підуть на створення детального плану будівництва апарату, оснащеного керованими фотонними прискорювачами. Паралельно фахівці Каліфорнійського університету розроблять автоматичні космічні станції виключно малої маси, які зможуть стрімко набирати швидкість.
Ідея нової технології в тому, що тяга від фотонів, що випускаються лазерами, приводить в рух космічний апарат. Корабель управляється за допомогою спалювання палива в напрямку, протилежному до того, куди він планує летіти. Зазвичай, це паливо повинно знаходитися на борту космічного корабля, що робить його більш важким і уповільнює рух. Фотонна сила замість цього використовує масив лазерів, не додають маси апарату, крім самого лазера.
В теорії це дозволить досягти чверті швидкості світла. Під впливом лазерного променя 100-кілограмовий апарат досягне Марса за три доби, а більш масивний пілотований апарат - приблизно за місяць. Крім того, потужний лазер на орбіті навколо Землі буде використовуватися для захисту планети від астероїдів, а також для відправки невеликих автоматичних станцій в міжзоряний простір.
А тим часом інженери з Мічиганського університету представили вже готовий прототип нового космічного двигуна. Американське космічне агентство NASA вибрало його в рамках програми Next Space Exploration Technologies for Partnerships, або NextSTEP, що охоплює низку проектів, спрямованих на вдосконалення систем невеликих супутників, систем реактивного руху і жител для людей у космосі. Ці технології розробляють для підготовки місій по відправці людей на орбіту між Землею і Місяцем у 2020-х роках, а також до Марса - в 2030-х рр ..
Протягом майбутніх трьох років NASA надасть компанії Aerojet Rocketdyne $6,5 млн на будівництво системи реактивного руху XR-100. Головним її елементом є двигун X3, і команда з Мічиганського університету отримає $1 млн на його розробку.
Головна перевага X3 в тому, що для своєї потужності - 200 кіловат, він має відносно невеликі розміри і вагу. Крім того, при створенні двигуна використовується ефект Холла - вже перевірена технологія, яка застосовується для коригування траєкторії супутників на орбіті навколо Землі. Основний принцип роботи двигуна такого типу полягає в розгоні до високих швидкостей частинок плазми і викиданні їх у формі реактивного струменя в космічний простір.
Великі надії вчені покладають також на реактивний двигун EmDrive, створений британським інженером Роджером Шаером. По конструкції установка являє собою запаяну з двох сторін зрізаний металевий конус. Всередині знаходиться магнетрон, випромінює електромагнітні хвилі, - по такому вже принципом працює звичайна мікрохвильова піч. Цього достатньо, щоб створювати невелику тягу. Робота конструкції заснована на різниці тиску електромагнітного випромінювання в різних кінцях пристрої: у вузькому воно менше, ніж в широкому. Завдяки цьому створюється тяга, спрямована в бік вузького кінця. Хоча можливість такої роботи двигуна не раз заперечував, але у всіх експериментах, проведених NASA, Технічним університетом Дрездена і Китайською академією наук, установка продемонструвала наявність тяги в передбачуваному напрямі.
Тяга EmDrive всього 20 микроньютонов, проте він працює необмежений час не потребує запасі палива (роботу магнетрона можуть забезпечувати сонячні батареї). Потенційно такий двигун здатний розігнати космічні кораблі до величезних швидкостей, вимірюваних у відсотках від швидкості світла.
Вже багато років учені з різних країн світу працюють над ідеальною конструкцією сонячного вітрила, працюючого на сонячному або будь-якому іншому зоряному світлі. Проблема в тому, що тиск світла дуже мало і зменшується із збільшенням відстані від джерела. Тому, щоб бути ефективним, такий парус повинен мати гранично малу вагу і велику площу. А це збільшує ризик руйнування всієї конструкції при зустрічі з астероїдом чи іншим об'єктом. Більш перспективна альтернатива - електричний вітрило, що працює на випромінюються Сонцем електрично заряджених частинках речовини: електронах, протонах і іонах.
Так, електричний парус, створений фінським вченим Пекка Янхуненом, складається з кількох довгих тонких тросів, схожих на спиці колеса без обода. Позитивно заряджені частинки - протони й альфа-випромінювання, відштовхуватися від тросів, створюючи тим самим реактивну тягу. Електричний парус набагато простіше сконструювати, виготовити, розгортати й експлуатувати в космосі, ніж сонячний. Крім того, з допомогою гравітації установка дозволяє подорожувати до джерела зоряного вітру, а не тільки від нього. А оскільки площа поверхні такого пристрою значно менше, ніж у сонячного аналога, для астероїдів і космічного сміття він набагато менш вразливий. Проектом зацікавилися фахівці Європейського космічного агентства і можливо, що перші експериментальні кораблі на електричному вітрилі з'являться вже в найближчі роки.
Вже існує кілька проектів конструкції таких двигунів на енергії термоядерного синтезу. Найбільш перспективною вважається модель на основі реактора з магнітним утриманням плазми. В його камеру подається паливо у вигляді високотемпературної плазми, що при достатньому тиску вступає в реакцію ядерного синтезу. Розташовані навколо камери котушки магнітної системи утримують плазму від контакту з обладнанням. З допомогою магнітних полів екстремально гаряча плазма протікає через сопло реактора, створюючи величезну тягу.