«Известия»: эксперт МИФИ прокомментировал новый тип плазменного двигателя

Российские инженеры разработали плазменные двигатели с практически неограниченным ресурсом работы. В них частицы, разгоняемые для создания тяги, почти не соприкасаются с деталями, износ которых обычно ограничивает срок службы агрегата. Разработка сотрудников Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ относится к классу плазменных двигателей, в которых тяга создается потоком ускоренных ионов и электронов. Если в традиционных плазменных двигателях во время работы заряженные частицы на большой скорости ударяются о стенки керамического разрядного канала, что приводит к их постепенному разрушению. В результате изначальная форма канала искажается. Это влечет снижение тяги и скорости истечения плазмы. Для «Известий» новую разработку прокомметировал руководитель лаборатории плазменных реактивных двигателей НИЯУ МИФИ, главный инженер-конструктор компании «СТАР» Игорь Егоров. Ниже мы публикуем полный текст комментария.

Фото: "Известия"/МАИ

Плазменные двигатели - это отнюдь не новая технология. В целом они начали применяться в космосе ещё в середине 60-х, а конкретно тот тип плазменных двигателей, о которых идёт речь здесь - с начала 70-х, т.е. примерно 55 лет назад. Поэтому плазменные двигатели уже давно открыли свои возможности в научных и практических задачах. Они позволяют космическому аппарату очень длительное время совершать манёвры имея при этом на борту весьма ограниченный запас рабочего тела ("топлива"). Использование традиционных ракетных двигателей, работающих за счёт химического горения, потребовало бы в разы, а порой и в десятки раз, больше топлива, космический аппарат от этого стал бы намного тяжелее и потребовал бы более мощной, а значит и более дорогой, ракеты-носителя для его вывода в космос.

В ряде случаев ракет нужной грузоподъёмности могло бы вовсе не оказаться. Популярные сейчас "мегасозвездия" спутников связи, состоящие из сотен и даже тысяч аппаратов, без плазменных двигателей могли бы оказаться экономически невозможными: если сейчас Союз-2 выводит за раз на орбиту более полутора десятков спутников Рассвет, то будь на этих спутниках химические двигатели, их бы уместилось всего несколько штук. Из ещё не реализованных перспектив можно предположить появление межпланетных станций массой в пределах десятков килограмм, которые за счёт своих двигателей будут перелетать с высокой околоземной орбиты к другим телам Солнечной системы: в этом случае для изучения других планет не будет нужды запускать отдельную ракету-носитель, т.к. небольшой научный аппарат можно будет отправить в космос попутно с, например, большим геостационарным спутником связи. Пока подобная концепция была реализована на практике лишь в аппаратах массой в сотни килограмм, для которых не всегда можно найти свободное место на ракете, но создание более компактных и эффективных плазменных двигателей сделает её работоспособной и на аппаратах меньшей массы.

Уже сейчас те же геостационарные спутники связи зачастую работают столько, на сколько у них хватает "топлива". Ресурс современных плазменных двигателей составляет порядка одного года. Но это - год именно работы двигателя, а не полёта в космосе. Двигатели не работают непрерывно, а потому этого года ресурса вполне может хватить на полтора десятка лет полёта или даже больше. Важным исключением являются межпланетные станции, в том числе миссии к астероидам: им может требоваться если не непрерывная работа двигателя, то по крайней мере работа значительную часть полёта. NASA специально для таких задач разработали особую разновидность ионного ракетного двигателя: его наземные испытания продлились 48 000 часов (2000 суток, пять с половиной лет), и после них двигатель полностью сохранил работоспособность. Этот двигатель можно считать практически вечным.

Однако, в отличие от плазменных, ионные ракетные двигатели сами по себе более громоздкие и тяжёлые, потребляют больше электроэнергии, давая при этом меньшую тягу. Поэтому разработка "вечных" плазменных двигателей весьма актуальна для будущих межпланетных миссий. Впрочем, стоит отметить, что дать гарантию "неограниченного" ресурса для любого двигателя невозможно: ведь ресурс гарантируется за счёт проведения испытаний, а для "неограниченного" заявленного ресурса потребуются бесконечно долгие испытания. Так что на практике едва ли будут создавать двигатели с заявленным ресурсом сильно более тех же пяти-шести лет. И миссии к другим планетам, астероидам, кометам и т.д. будет необходимо проектировать опираясь на такой, подтверждённый на практике, ресурс.​