Гигантские ионные двигатели просят ядерную подпитку

Сильные электрические поля выстреливают ионизированный газ из сопла. Сквозь бледный голубой смерч ионов легко просвечивают звёзды. 60-метровый ядерный корабль очень лениво набирает скорость. Но вот проходят недели, и уже он поглощает по 8 миллионов километров в сутки.

Программа NASA "Прометей" (Prometheus) имеет давнюю и несколько запутанную историю, вовлекающую несколько компаний и организаций.

 

 

Мы уже упоминали о некоторых её аспектах, но теперь пришла пора свести все данные воедино.

Ранее мы уже рассказывали, что NASA прорабатывает различные варианты ядерных установок для дальних межпланетных миссий, как с непосредственным разогревом рабочего тела в реакторе, так и с выработкой бортовой "миниАЭС" электричества для питания мощных электроракетных двигателей.

Вскоре стало ясно, что наиболее оптимальный вариант для беспилотных миссий в глубоком космосе — это как раз электрореактивные (а точнее их разновидность — ионные) двигатели с ядерным реактором в качестве источника энергии – именно эта простая идея и есть лейтмотив программы Prometheus.

Напомним, в таких двигателях ионы инертного газа ускоряются до огромной скорости сильным электрическим или (в других вариантах) магнитным полем.

Заметим, применение ионных двигателей в качестве основных тяговых (скромные задачи коррекции орбиты или ориентации спутников в расчёт не берём) – дело новое. Пока можно вспомнить всего один такой пример – зонд Deep Space 1 образца 1998 года.

Специалисты считают, что даже в пилотируемых миссиях такие двигатели найдут своё место. Но вернёмся к ядерным автоматам.

В системе Юпитера Prometheus I сможет обследовать все крупные спутники и даже менять свою орбиту в широких пределах (иллюстрация с сайта st.northropgrumman.com).

Ещё два года назад компания Lockheed Martin приступила к проектированию ядерного зонда Prometheus, не случайно совпадающего по названию с программой NASA.

Позднее было объявлено о планах по созданию ядерного корабля Jupiter Icy Moons Orbiter или JIMO.

По сути дела — это тот же самый Prometheus, не зря же в некоторых источниках JIMO именуют кораблём Prometheus I, стало быть — первым зондом в данной программе. И даже одна и та же картинка (с изображением корабля) на разных страницах NASA и его партнёров встречается как с подписью Jupiter Icy Moons Orbiter, так и с подписью Prometheus (что иногда путает читателей).

Только вот в конкурсе на создание JIMO позже победила компания Northrop Grumman.

А вскоре пришла информация о проблемах с финансированием проекта JIMO и переносе его сроков.

Сотрудники NASA Джордж Вильямс (George Williams, слева) и Джон Фостер (John Foster) испытывают раннюю версию Herakles. Конечный вариант двигателя будет иметь круглое сопло, а не прямоугольное (фото с сайта nasa.gov).

На днях же NASA вдруг выступило с оптимистичным рассказом о замечательном продвижении программы Prometheus. Может, новый шеф агентства сумел несколько перекроить его бюджет в пользу проекта?

Такой переменчивый выбор NASA, впрочем, означает лишь одно — в столь масштабную работу, в том или ином качестве, но будут вовлечены все основные "персонажи" аэрокосмической отрасли страны.

Так, известно, что за исследовательскими центрами ВМС США — создание сверхминиатюрного ядерного реактора и электрогенератора (благо там есть богатый опыт постройки ядерных субмарин).

А вот специалисты Лаборатории реактивного движения (JPL) и исследовательского центра Гленна (Glenn Research Center) с головой ушли в проектирование очень крупных ионных двигателей. Партнёры даже приступили к испытаниям рабочих прототипов.

Здесь соответствующий сайт от JPL.

А что, к слову, значит "крупный"? В мире созданы сотни ионных двигателей разной конструкции (немало из них уже работало и работает на борту космических аппаратов), но все такие движки либо помещаются на ладони, либо, на крайний случай – на двух.

Тяга же их измеряется считанными граммами, очень часто – долями грамма. Тяговый движок Deep Space 1, кстати, давал максимальную тягу аж в 9 граммов.

Ксеноновый суперионник NASA, получивший, кстати, имя собственное – "Геракл" (Herakles), развивает тягу около 60 граммов, а его размеры… Смотрите фотографии.

	Голубой луч – это поток ионов ксенона, ускоренных до 25-30 километров в секунду (фото с сайта nasa.gov).

Учитывая необычайную экономичность этого двигателя (удельный импульс составляет 7 тысяч секунд против 300-400 секунд у химических двигателей), работать он сможет весь полёт к цели, потратив при этом сравнительно немного благородного газа, который будет выстреливаться из движка электрическим полем.

Всего на межпланетном зонде таких движков будет 8, стало быть, общая их тяга будет где-то "полкило". За месяцы полёта можно будет разогнаться очень существенно.

Американцы говорят о скорости перемещения зонда до 90 километров в секунду (а это в несколько раз выше нынешних межпланетных станций). Для визита к Сатурну, Юпитеру (первый корабль данного проекта полетит как раз туда) или даже Урану с Нептуном – самое то.

Размеры беспилотного корабля Prometheus I составят: 58,4 метра (длина) на 15,7 метров (ширина). Характерные "крылья" – это радиаторы системы охлаждения энергетической установки общей площадью 422 квадратных метра.

Только научное оборудование на борту, согласно проекту, будет весить 1,5 тонны. В сочетании со скоростной радиосвязью на 10 мегабит в секунду это обещает Prometheus I богатейшие возможности в исследовании внешней Солнечной системы. Кстати, мощность радиопередатчика составит целый киловатт.

Добавим также, что связка ионных движков будет забирать 30 киловатт, при этом вся мощность ядерной электростанции на борту составит 104 киловатта (при напряжении 440 вольт, переменный ток в бортовой сети).

Оптимистичная дата старта ядерного зонда – 2015 год. Номинальный срок миссии – 20 лет. Хотя опыт "вояджеров", "пионеров" и марсианских роверов показывает, что часто реальный срок жизни аппарата многократно превышает номинал.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru