Инженеры построят ракету с термоядерным двигателем для полётов на Марс

Концепция полёта корабля с термоядерным ракетным двигателем

(иллюстрация University of Washington, MSNW).

Камера для испытаний термоядерного ракетного двигателя в лаборатории университета Редмонда

(фото University of Washingtonб University of Redmond, MSNW).

Схема конструкции космического корабля

(иллюстрация University of Washington, MSNW).

Принцип работы магнитной конфигурации с обращённым полем

(иллюстрация University of Washington, MSNW).

Колонизация других планет — давняя мечта астрономов и планетологов. Сегодня пристальное внимание учёных обращено к соседней нам планете Марс, изучением которой сейчас занимается марсоход "Кьюриосити", несколько его "братьев", космические зонды и исследователи со всего мира. Однако идея колонизации Красной планеты пока остаётся лишь идеей, ведь реальных средств и возможностей её осуществления пока что нет (хотя пара проектов имеется).

В первую очередь стоит учитывать, что полёт на Марс будет очень дорогостоящим и опасным для космонавтов. Космическая радиация, риск поломок во время полёта, большая длительность путешествия — всё это стоит на пути к осуществлению мечты о человеке на Марсе.

Одной из основных проблем является отсутствие хорошей двигательной установки. Мощности современных ракетных двигателей не хватит на полёт туда и обратно.

Так, на сегодняшний день наиболее широко распространены химические ракетные двигатели. Это проверенная и надёжная технология, но она недостаточно эффективна для грандиозных планов по освоению космоса. Дело в том, что при максимальном запасе топлива может пострадать грузоподъёмность судна и наоборот.

Получается, что космонавты (а команда при таких условиях будет не многочисленной) либо просто не долетят до цели, либо погибнут от голода из-за недостаточного количества припасов, либо не вернутся обратно на Землю.

Концепция полёта корабля с термоядерным ракетным двигателем (иллюстрация University of Washington, MSNW).

Исследователи из Вашингтонского университета (UW) и университета Редмонда (University of Redmond) предлагают альтернативу химическим двигателям. Чтобы расширить возможности ракеты, необходимо снабдить её ядерным двигателем), считают они. Это сократит срок путешествия на Марс и обратно с нескольких лет до нескольких месяцев.

Принцип работы такого двигателя состоит в расщеплении ядер тяжёлых атомов, к примеру, атомов плутония. Подобная технология используется в электростанциях реакции деления.

По правде говоря, ядерные ракетные двигатели находятся в разработке ещё с 1940-х годов, но для космических полётов они пока не были использованы ни разу. Зато принцип термоядерной реакции применяется для других целей. К примеру, в реакторах, работающих по принципу управляемого термоядерного синтеза, нагревается лёгкий водород, а затем проходит сквозь ядро более тяжёлого атома. Существуют также газофазные реактивные двигатели, работающие от энергии деления ядерного топлива.

Обладая большей мощностью и большей удельной энергоёмкостью топлива, ядерные ракетные двигатели обещают быть крайне эффективными для межпланетных перелётов. Но и у них есть свои минусы: пока даже такие двигатели при максимальной эффективности работы не смогут разгонять корабль быстрее, чем на 130% от максимальной скорости ракет с химическими двигателями.

Схема конструкции космического корабля (иллюстрация University of Washington, MSNW).

Сборка такой ракеты на орбите Земли и её последующий запуск к Марсу обойдётся в $12 миллиардов, и это не учитывая расходов на постройку самого корабля и затрат на исследование Красной планеты человеком. Вес космического корабля составит около 850 тонн, а путешествие туда-обратно займет около пяти лет.

Профессор аэронавтики и астронавтики и ведущий автор исследования Джон Слау (John Slough) говорит: "Использование уже существующего ракетного топлива не позволит человеку улететь далеко от Земли. Поэтому мы работаем над гораздо более мощным источником энергии, который сделает возможным межпланетные путешествия".

Ракета с термоядерным двигателем (Fusion Driven Rocket), над которой трудятся учёные из Вашингтона, использует в качестве источника энергии реакцию синтеза вместо расщепления ядер.

Для вызова термоядерной реакции учёные используют специальное магнитную конфигурацию с обращённым полем (FRC). FRC работает на основе термоядерной реакции с магнитным удержанием плазмы. Принцип действия основан на удержании высокотемпературной ионизированной водородной плазмы в очень мощном магнитном поле, которое создают гигантские электрические конденсаторы. Удержание плазмы не позволяет ей соприкасаться с конструкцией самого реактора. Реактор же представляет собой полую камеру цилиндрической формы, в которой происходит управляемая реакция термоядерного синтеза.

Принцип работы магнитной конфигурации с обращённым полем (иллюстрация University of Washington, MSNW).

"Я думаю, что многим было приятно увидеть механизм, с помощью которого мы сжимаем и удерживаем плазму", — говорит Слау.

Камера для испытаний термоядерного ракетного двигателя в лаборатории университета Редмонда (фото University of Washington, University of Redmond, MSNW).

К сожалению, полёт на ракете с таким двигателем будет не слишком плавным: толчки будут происходить примерно раз в минуту. Но учёные из Вашингтона верят в эффективность термоядерного двигателя, поскольку он будет использовать всего песчинку вещества для выработки энергии, эквивалентной той, что производит галлон химического ракетного топлива.

Космический корабль, спроектированный командой Слау, должен весить не более 134 тонн и совершит полёт до Марса и обратно всего за 210 дней, учитывая 30-дневную остановку на поверхности Красной планеты. Сейчас учёные занимаются разработкой отдельных элементов двигателя и проектированием его прототипа.

Результаты работы команды из Вашингтона были представлены в марте 2013 года на Симпозиуме инновационных концепций NASA (NIAC).

Также по теме:

"Марсианская" ракета появится в России через 5-7 лет
НАСА разработает новую ракету для полёта на Марс
Защищать астронавтов от радиации во время полёта на Марс будут фекалии  
Полёт в один конец: начат отбор кандидатов для колонизации Марса  
Участники экспедиции на Марс рискуют наблюдать столкновение с астероидом
NASA и ESA разрабатывают космический корабль для дальних экспедиций 
На МКС могут имитировать 500-дневный полёт на Марс